手動變速箱是什麼 工作原理

簡介

手動變速器，也稱手動擋，英文全稱為manual transmission，簡稱MT，即用手撥動變速桿才能改變變速器內的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達到變速的目的。踩下離合時，方可撥得動變速桿。

手動變速箱的工作原理

手動變速箱是有不同齒比的齒輪組構成的，它工作的基本原理就是通過切換不同的齒輪組，來實現齒比的變換。作為分配動力的關鍵環節，變速箱必須有動力輸入軸和輸出軸這兩大件，再加上構成變速箱的齒輪，就是一個手動變速箱最基本的組件。動力輸入軸與離合器相連，從離合器傳遞來的動力直接通過輸入軸傳遞給齒輪組，齒輪組是由直徑不同的齒輪組成的，不同的齒輪比例所達到的動力傳輸效果是完全不同的，平常駕駛中的換擋也就是指換齒輪比。

接下來，讓我們通過一個簡單的模型來給大家講講，手動變速箱換擋的原理。下圖是一個簡易的3軸2檔變速箱的結構模型。

輸入軸（綠色）也叫第一軸，通過離合器和發動機相連，軸和上面的齒輪是一個硬連接的部件。紅色齒輪軸叫做中間軸。輸入軸和中間軸的兩個齒輪是處於常嚙合狀態的，因此當輸入軸旋轉時就會帶動中間軸的旋轉。黃色則是輸出軸，它也叫第二軸直接和驅動軸相連（只針對後輪驅動，前驅一般為兩軸），再通過差速器來驅動汽車。

當車輪轉動時同樣會帶著花鍵軸一起轉動，此時，軸上的藍色齒輪可以在花鍵軸上發生相對自由轉動。因此，在發動機停止，而車輪仍在轉動時，藍色齒輪和中間軸出在靜止狀態，而花鍵軸則隨車輪轉動。這個原理和腳踏車后軸的飛輪很相似。藍色齒輪和花鍵軸是由套筒來連接的，套筒隨著花鍵軸轉動，但同時也可以在花鍵軸上左右自由滑動來嚙合齒輪。

說完這些，換擋的過程就很好理解了，當套筒和藍色齒輪相連時，發動機的動力就會通過中間軸傳遞到輸出軸上，在這同時，左邊的藍色齒輪也在自由旋轉，但由於沒有和套筒嚙合，所以它不對花鍵軸產生影響。而如果套筒在兩個藍色齒輪之間時，變速箱在空擋位置，此時兩個藍色齒輪都在花鍵軸上自由轉動，互不干涉。

一個傳統的5速手動變速箱換擋的原理也是一樣的，只是變速箱結構中增加了套筒和齒輪組的數目，使之擁有更多的擋位。而倒檔則是通過在中間軸（紅色）和輸出軸（藍色）之間增加一個齒輪來實現的。由於增加了一個嚙合齒輪，因此倒擋的齒輪始終會朝其他齒輪相反的方向轉動。這個齒輪由於只起到改變齒輪旋轉方向的作用，因此也稱為惰輪。

5擋二軸變速器結構，輸入軸與主動齒輪整合為一體，簡化了結構也節省了空間

除了上述的傳統三軸手動變速箱，目前轎車上廣泛使用的是二軸手動變速箱，它的結構和三軸變速箱基本類似，只是其輸入軸和中間軸整合為一根軸，因此具有結構簡單，尺寸小的優勢，另外，它還有中間檔位傳動效率高，且噪音較小等特點，因此更適合一般的前置前驅家用車，是目前使用最廣的轎車變速器形式，它的缺點是不能設置直接擋，且一檔的傳動比不能設計的太高。而在後驅車上，使用較多的仍是傳統的三軸式變速箱。

斜齒齒輪和直齒齒輪

一般的手動變速箱的齒輪組都是處於常嚙合狀態的，這些常嚙合狀態的齒輪組分為斜齒和直齒兩種，兩種齒形相比較，斜齒齒輪在結構上具有天生的優勢，傾斜布置的齒形能夠提高兩個齒輪嚙合的重合度，使齒輪傳動平穩，降低噪音，並且可以提高齒根的彎曲強度、齒面的接觸強度，從而提高齒輪的使用壽命。與之相比，直齒齒輪也並不是一無是處，其傳動效率高的特點，可以使車輛獲得更強大的輪上功率，因此在賽車變速箱領域應用廣泛。

關於換擋動作的控制形式

『上圖為推桿連接的換擋方式的4速手動擋變速箱模型』

一般的手動變速箱，都是通過推桿連接或者是拉線來控制換擋的。推桿連接的換擋控制方式，更為直接但是傳遞的振動會很大；而拉線式的雖然沒有振動，但是擋位顯得不是很清晰，可謂是各有優劣。除了這兩種純機械式的換擋控制，此外，還有使用電控裝置換擋的手動變速箱，它可以很好的結合推桿和拉線換擋之間的優點。這種變速箱在換擋的時候，擋撥動變速桿到相應的擋位，在變速器里就會有電機驅動相應的撥叉控制套筒與齒輪咬合，因此不存在擋位不清晰的問題，而且換擋的行程也可以控制在很理想的範圍。

同步器的作用

手動變速器的換擋機構形式有直齒滑動齒輪，嚙合套和同步器三種，在轎車變速器上，前兩種形式已經很少使用，同步器換擋已經得到了非常廣泛的應用。

由於換擋的時候，想要順利的換擋，換擋前後兩組主動齒輪的轉速就要保持一致，就算不一致，也至少保證速度相近，但是由於前後兩組齒輪比是不同的，所以在行駛過程中是不可能出現這樣的情況的。如果沒有同步器，司機可以採用空擋時加一腳油，兩腳離合的方式來逼平兩個擋位間的轉速，這就是為什麼以前沒有同步器的手動擋車型都需要換擋時都需要兩腳離合的原因了。

對於採用了同步器換擋的變速箱來說，換擋順暢與否，很大程度需要取決於同步器優劣。同步器其實說白了就是在結合套和齒輪組上布置的摩擦片，與一般摩擦片不同的是，它的摩擦面是錐形的。這組摩擦片的作用是在直齒和圓盤的立齒相接觸以前，提前進行摩擦，來將轉速較大的一方的能量傳遞給轉速較小的一方，使得轉速較小的一方提升轉速，達到與轉速較大的一方轉速同步。這樣不僅可以保證正常換擋，還能起到緩衝的作用，而錐面摩擦片組的數目與材質則直接影響到了同步器性能的優劣。 而大眾經典的MQ200手動變速箱的同步器擁有三組錐面摩擦片，這也造就了這台變速箱出色的入擋手感。

那麼，一台優秀的手動變速箱需要具備哪些特點呢？首先變速箱必須要擁有良好的掛檔手感，每個擋位清晰，擁有合理的橫向和縱向行程，入擋的阻力小並帶有吸入感。除此之外更重要的是，各擋位之間的齒比排布必須合理。因為各個擋位間的傳動比分佈，直接影響車輛行進中動力銜接的暢順性，通常要求低擋能有力加速，高擋能達致高速同時省油，且各擋間的距離要均勻，不然就會很容易造成換擋時竄車的情況。

手動變速箱的優缺點分析

優點顯而易見，它結構簡單，性能可靠，製造和維護成本低廉，且傳動效率高（理論上會更省油），另外，由於是純機械控制，換擋反應快，且可以更直接的表現駕駛者的意願，因此也更富駕駛樂趣，這些都是手動變速箱的優點。不過相比自動變速箱，它操作繁瑣，而且在擋位切換時頓挫明顯的劣勢也是無法彌補的。