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手动变速箱:换挡杆下的玄机

2017-11-23 10:02 来源:网络 作者:网络

一台变速器的好坏以及它与发动机的匹配程度,会对车辆的动力性和平顺性等产生直接的影响。相比市面上常见的AT、CVT、DCT、AMT这些自动变速器,传统的手动变速器虽然表面看上去更为“简单”、“原始”,但是在冰冷的机械部件中却也暗藏着各种玄机,同时想制造一台手感出众的MT,也从来不是一件容易的事。

变速器的作用

总的来说,变速器就是一种能够改变汽车发动机的转速、扭矩以及动力旋转方向,并且将驱动力传递给传动系统的一种装置。

——改变传动比

一般来说,汽车发动机通过燃烧燃油来获取动力,在发动机的整个转速范围内,其输出的扭矩和功率始终是在变化的,从车辆对驱动力的需求来看,单纯依靠发动机产生的扭矩不能满足汽车行驶中所要面对的各种复杂路况条件。比如在起步或者爬坡的时候,通过变速器的低挡位可以在车速较低的情况下将发动机的转速拉高以输出较大的扭矩。在车辆高速巡航时,通过变速器的高挡位来降低发动机的转速和扭矩输出,从而减少燃油的消耗。由于现代发动机的这种不完美的特性,变速器便应运而生。变速器在不同的工况下使用不同的变速比,从而使得车辆和发动机在各种工况下都可以发挥其最佳的动力性能。

——提供倒挡

一台发动机在设计之初就决定了曲轴的旋转方向,所以要想使车辆倒退,也只能寄希望于变速器,通过外啮合齿轮的反向旋转特性就可以轻松完成这项使命。

★ 挂入倒档为何有个特殊的动作?

学车时大家都使用过手动变速器,有的朋友的爱车也是手动变速器,相信大家对于手动变速器就像对自己的左右手一样熟悉,不知您有没有考虑过,操作某些手动变速器挂入倒档时会有个特殊的动作,或要按住换挡杆上的某个按钮,或要微微提起换挡杆。这是为什么呢?难道仅仅是为了帅气的动作,还是要使手动变速器挂入倒档需要一套很复杂的部件才可以完成?其实原理很简单,看了下面这个名为倒档锁止机构您就会明白。

倒挡锁止机构

为了防止车辆前进时误挂入倒挡,进而对变速器齿轮造成极大冲击,导致零件损坏,通常都会在手动变速器上设计有倒挡锁止机构。当把换挡杆摆到极限位置时,锁止机构中的限位块会被挡板挡住,导致无法挂上倒挡。此时只有按住倒挡按钮,限位块才能越过挡板继续移动,从而挂入倒挡。

二轴式和三轴式手动变速器

手动变速器的基本结构包括了动力输入轴和输出轴,再加上构成变速器的齿轮,这就是一台手动变速器最基本的组件。动力输入轴与离合器相连,从离合器传递来的动力直接通过输入轴传递给齿轮组,齿轮组是由直径不同的齿轮组成的,不同的齿轮组合则产生不同的齿比,平常驾驶中的换挡也就是指换齿轮比。输入轴的动力通过齿轮间的传递,再由输出轴传递给车轮,这就是一台手动变速器的基本工作原理。

如果将手动变速器按照齿轮的传动方式进行分类,那么,目前常见的有二轴式和三轴式两种。

——二轴式

顾名思义,二轴式手动变速器只有两个轴,分别是输入轴和输出轴。它具有结构简单,尺寸小的优势,同时其中间挡位传动效率高,噪音较小,因此更适合一般的发动机前置且前轮驱动的车辆,它也是目前使用最广泛的轿车变速器形式。

『最常见的两轴5速手动变速器解剖图』

——三轴式

三轴式手动变速器除了输入轴和输出轴外,还有中间轴,而中间轴主要用来固定安装各挡位的变速传动齿轮。由于三轴式变速器的每个挡位都是由两对齿轮传动的,因此输入轴和输出轴的旋转方向相同,这种变速器通常更适合发动机前置且后轮驱动的车辆。

工作原理

接下来,我们通过一个简单的模型来给大家讲讲,手动变速器换挡的工作原理。下图是一个简易的3轴2挡变速器的结构模型。

输入轴(绿色)通过离合器和发动机相连,输入轴和上面的齿轮是一体的。红色齿轮轴叫做中间轴,中间轴上的三个齿轮同样与轴固定在一起。黄色的则是输出轴,动力通过它最终传递到车轮。上面的两个齿轮通过滚针轴承与输出轴相连,其可以在输出轴上自由转动。而输出轴上的套筒(也叫同步器)通过花键安装在输出轴上,且可以随着输出轴一起旋转。

其实手动变速器的换挡原理并不高深莫测,可以看到,动力通过输入轴到中间轴,再传递给输出轴上的两个齿轮,但是由于两个蓝色齿轮与输出轴不是刚性连接,所以此时它们处于空转状态,相当于是空挡。当输出轴上的套筒与右侧的蓝色齿轮相连时,动力才会通过套筒最终传递到输出轴上。与此同时,由于没有和套筒结合,左侧的蓝色齿轮在进行自由旋转。所谓的换挡其实就是套筒在选择与哪个齿轮结合,结合后也就决定了此时的变速比。

一个传统的5速手动变速器的换挡原理也是一样的,只是在变速器中增加了套筒和齿轮组的数目,使之拥有更多的挡位。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它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。

对于二轴式的手动变速器,其工作原理与三轴式的大同小异,也是依靠套筒来选择与其两侧自由旋转的齿轮结合,结合后就可以将动力通过套筒传递到输出轴上。

变速器齿轮类型

用于普通民用车上的手动变速器,其内部啮合的齿轮基本以斜齿圆柱齿轮为主。这种齿轮的轮齿与齿轮轴线呈一定角度,这种齿形可以使轮齿逐步参与啮合,而不是突然全部啮合,所以啮合运转时的噪音也要更小。它同时也存在着缺点:由于斜齿的缘故,它在啮合时,会产生轴向推力,这也就需要特殊的轴承来承受这种轴向载荷。另外由于啮合面积较大,无形中也增加了齿轮的磨损。

另外一种是主要应用于赛车手动变速器上的直齿圆柱齿轮,这种齿面全接触的形式增加了齿轮的强度,但也会造成齿轮啮合时的噪音。同时其传动效率高的特点,可以使车辆获得更大的轮上功率,因此它也广泛应用于赛车变速器领域。直齿圆柱齿轮通常还用在普通民用变速器的倒挡齿轮上,这也是为什么倒挡行车时,来自变速器的声音会更大的一个原因。

★ 换挡杆为什么会抖?

每天打开收音机或者网站,总会看到很多车友请教专家自己的换挡杆抖动,这又是什么原因呢,难道车企连这么点小事都做不好?这其中就有手动变速箱换挡机构的原因。

换挡机构

变速器的换挡机构用来执行驾驶员的换挡操作,而它的好与坏也直接关乎操作的舒适性。目前主要可以将其分为推杆式和拉索式(软轴式)。

——推杆式

推杆连接的换挡控制方式就如图中所示,相对简单、直接,但是它有一个很大的问题就是变速器运行时的振动会传递到变速挡杆上,那么人去操作这个振动的挡杆,自然会不舒服,现在您明白为什么换挡杆会抖了吧。

——拉索式

拉锁式换挡机构又叫软轴式,它通过两根拉索(一根用于选挡,一根用于换挡)来完成换挡动作。这种结构设计可以更好的抑制来自变速器的振动,它也是目前使用最为广泛的一种换挡机构。

同步器

要想顺利的换挡,那么换挡前后两组主动齿轮的转速就要保持一致,就算不一致,也要至少保证速度相近,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转速一致的情况的。如果没有同步器,司机可以采用空挡时加一脚油,两脚离合的方式来逼平两个挡位间的转速,这就是为什么以前没有同步器的手动挡车型都需要在换挡时采用两脚离合的原因了。

对于采用了同步器换挡的变速器来说,换挡顺畅与否,很大程度上取决于同步器的优劣。同步器说白了就是在结合套和齿轮组上布置的摩擦片,与一般摩擦片不同的是,它的摩擦面是锥形的。这组摩擦片的作用是在直齿和圆盘的立齿相接触以前,提前进行摩擦,来将转速较大的一方的能量传递给转速较小的一方,使得转速较小的一方提升转速,达到与转速较大的一方转速同步。这样不仅可以保证正常换挡,还能起到缓冲的作用,而锥面摩擦片组的数目与材质则直接影响到了同步器性能的优劣。大众经典的MQ200手动变速器的同步器拥有三组锥面摩擦片,这也造就了它出色的入挡手感。

在了解了手动变速器的大致结构后,我们再看看它都有什么优缺点。优点显而易见,它结构简单,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,所以换挡反应快,且可以最直接的表现驾驶者的驾驶意愿,因此也更富驾驶乐趣。不过相比自动变速器,它操作相对繁琐,如果操作不熟练,在挡位切换时往往会存在明显的顿挫感。

那么,一台优秀的手动变速器需要具备哪些特点呢?首先变速器必须拥有良好的换挡手感,挡位清晰不含糊,拥有合理的横向和纵向行程,入挡的阻力小且带有吸入感。除此之外更重要的是各挡位之间的齿比排布要合理,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,通常要求低挡时能加速有力,高挡时能经济省油。

全文总结:在国内各大城市路况越发拥堵的今天,堵车时走走停停的状态下,手动挡操作繁琐的劣势更为突出。因此,目前国内轿车市场上,手动挡车型的市场正在被各式各样的自动挡车型蚕食,而在汽车工业高度发达的欧洲,手动挡车型依旧占有很大的市场份额。这说明,在许多追求纯粹驾驶乐趣的人眼里,那种离合器、油门以及挡杆之间绵密细腻的配合乐趣是自动挡所无法替代的。






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