手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

手动变速器(简称MT)手动变速器的组成,又称为机械变速器,就是必须通过用手拨动变速器杆,才能改变变速器内部的齿轮啮合,改变传动比的变速器。轿车变速器大多是五档有级式齿轮变速器,部分车型使用了六档变速器。

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

变速箱通过离合器与发动机相连,这样,变速箱的输入轴就可以和发动机达到同步转速

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

手动变速箱是有不同齿比的齿轮组构成的,它工作的基本原理就是通过切换不同的齿轮组,来实现齿比的变换。平常驾驶中的换挡也就是指换齿轮比。

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

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齿轮变速变矩原理

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手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

接下来,让我们通过一个简单的模型来给大家讲讲,手动变速箱换挡的原理。下图是一个简易的3轴2挡变速箱的结构模型。

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

输入轴(绿色)也叫第一轴,通过离合器和发动机相连,轴和上面的齿轮是一个硬连接的部件。红色齿轮轴叫做中间轴。输入轴和中间轴的两个齿轮是处于常啮合状态的,因此当输入轴旋转时就会带动中间轴的旋转。黄色则是输出轴,它也叫第二轴,直接和驱动轴相连(只针对后轮驱动,前驱一般为两轴),再通过差速器来驱动汽车。

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当车轮转动时同样会带着花键轴一起转动,此时,轴上的蓝色齿轮可以在花键轴上发生相对自由转动。因此,在发动机停止,而车轮仍在转动时,蓝色齿轮和中间轴出在静止状态,而花键轴则随车轮转动。这个原理和自行车后轴的飞轮很相似。蓝色齿轮和花键轴是由套筒来连接的,套筒随着花键轴转动,但同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮。

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说完这些,换挡的过程就很好理解了,当套筒和蓝色齿轮相连时,发动机的动力就会通过中间轴传递到输出轴上,在这同时,左边的蓝色齿轮也在自由旋转,但由于没有和套筒啮合,所以它不对花键轴产生影响。而如果套筒在两个蓝色齿轮之间时,变速箱在空挡位置,此时两个蓝色齿轮都在花键轴上自由转动,互不干涉。

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手动变速器的速比

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变速器的速比即变速器的输入轴与输出轴的转速比。

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由于变速器具有降速增扭作用,一般来说,变速器的输入轴转速高于输出轴转速,即速比大于1。但是现在的发动机动力越来越大,为了提高汽车的经济性,在变速器上设置了超速档,使输入轴的转速低于输出轴的转速,即速比小于1。

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

现在的手动变速器大多数有五个或六个前进挡,一个倒挡。一般有几个前进挡就称为几档变速器。比如有五个前进挡就称为五档手动变速器,有六个前进挡就称为六档手动变速器。一般变速器的五档和六档都是超速档。

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

变速器的档位越低,速比越大,降速增扭作用越强,动力越强,在起步、加速、爬坡等需要强大动力的时候就要使用低档位;而变速器的档位越高,速比越小,降速增扭作用越不明显,动力较弱,在高速巡航等不需要太大动力的时候就要使用高速档,并且使用高速挡时由于发动机转速较低,发动机的油耗会降低,表现出良好的经济性。

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

上图是变速器的速比示意图,一般一档的速比最大,五档速比最小。当然,它的数据是不精确的,只是用来说明问题。一般说来,变速器的速比是按等比数列排列的,这样的变速器换档时更加的顺畅。

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以下是大名鼎鼎的大众MQ200手动变速器和高尔夫6手动变速器的速比列表。

手动变速器的组成(手动变速箱的原理是什么?

再来看看相同转速不同档位下的速度对比:

最后再来看各种速度下,不同档位时发动机的转速的不同。

根据这个图表,再结合发动机的外特性曲线,就可以找出变速器的最佳换档点。

一个传统的5速手动变速箱换挡的原理也是一样的,只是变速箱结构中增加了套筒和齿轮组的数目,使之拥有更多的挡位。

在换挡杆左右移动时,是在选择不同的换档叉;前后移动时则是选择不同的齿轮。

而倒挡则是通过在中间轴(红色)和输出轴(蓝色)之间增加一个齿轮来实现的。由于增加了一个啮合齿轮,因此倒挡的齿轮始终会朝其他齿轮相反的方向转动。这个齿轮由于只起到改变齿轮旋转方向的作用,因此也称为惰轮。

一般的手动变速箱的齿轮分为斜齿和直齿两种,两种齿形相比较,斜齿齿轮啮合面大,因此齿轮传动平稳,噪音低。直齿齿轮传动效率高,可以使车辆获得更强大的轮上功率。

关于换挡动作的控制形式

一般的手动变速箱,都是通过推杆连接或者是拉线来控制换挡的。推杆连接的换挡控制方式,更为直接但是传递的振动会很大;而拉线式的虽然没有振动,但是挡位显得不是很清晰。

同步器的作用

由于换挡的时候,想要顺利的换挡,换挡前后两组主动齿轮的转速就要保持一致,就算不一致,也至少保证速度相近,但是由于前后两组齿轮比是不同的,所以在行驶过程中是不可能出现这样的情况的,所以在换档时经常会发生齿轮冲撞的情况,产生很大的噪音和振动。

同步器的作用就是使变速器在换档时,主动齿轮和从动齿轮强制同步,使两个齿轮迅速结合在一起,避免噪音和振动。

同步器有常压式和惯性式两种,目前大部分同步式变速器上采用的是惯性同步器,它主要由接合套、同步锁环等组成,主要是依靠摩擦作用实现同步。

当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后,在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低(或升高)到与同步锁环转速相等,两者同步旋转,齿轮相对于同步锁环的转速为零,因而惯性力矩也同时消失,这时在作用力的推动下,接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合,并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。

对于采用了同步器换挡的变速箱来说,换挡顺畅与否,很大程度需要取决于同步器优劣。比如大众经典的MQ200手动变速箱,使用了拥有三组锥面摩擦片的同步器,所以这台变速箱的入挡手感极佳。

一台优秀的手动变速箱需要具备哪些特点呢?

1、变速箱必须要拥有良好的挂挡手感,每个挡位清晰,拥有合理的横向和纵向行程,入挡的阻力小并带有吸入感。

2、各挡位之间的齿比排布必须合理。因为各个挡位间的传动比分布,直接影响车辆行进中动力衔接的畅顺性,通常要求低挡能有力加速,高挡能达致高速同时省油,且各挡间的距离要均匀,不然就会很容易造成换挡时窜车的情况。

3、经久耐用,故障率低。

手动变速箱的优缺点分析

优点

结构简单,性能可靠,制造和维护成本低廉,且传动效率高(理论上会更省油),另外,由于是纯机械控制,换挡反应快,且可以更直接的表现驾驶者的意愿,因此也更富驾驶乐趣,这些都是手动变速箱的优点

缺点

操作繁琐,挡位切换时顿挫明显。