你不知道的手動變速箱:換擋杆下的玄機(全文)

汽車之家2012年7月23日報導　可以說，一臺變速器的好壞以及它與發動機的匹配程度，會對車輛的動力性和平順性等產生直接的影響。相比市面上常見的AT、CVT、DCT、AMT這些自動變速器，傳統的手動變速器雖然表面看上去更為「簡單」、「原始」，但是在冰冷的機械部件中卻也暗藏著各種玄機，同時想製造一臺手感出眾的MT，也從來不是一件容易的事。

變速器的作用

總的來說，變速器就是一種能夠改變汽車發動機的轉速、扭矩以及動力旋轉方向，並且將驅動力傳遞給傳動系統的一種裝置。

——改變傳動比

一般來說，汽車發動機通過燃燒燃油來獲取動力，在發動機的整個轉速範圍內，其輸出的扭矩和功率始終是在變化的，從車輛對驅動力的需求來看，單純依靠發動機產生的扭矩不能滿足汽車行駛中所要面對的各種複雜路況條件。比如在起步或者爬坡的時候，通過變速器的低擋位可以在車速較低的情況下將發動機的轉速拉高以輸出較大的扭矩。在車輛高速巡航時，通過變速器的高擋位來降低發動機的轉速和扭矩輸出，從而減少燃油的消耗。由於現代發動機的這種不完美的特性，變速器便應運而生。變速器在不同的工況下使用不同的變速比，從而使得車輛和發動機在各種工況下都可以發揮其最佳的動力性能。

——提供倒擋

一臺發動機在設計之初就決定了曲軸的旋轉方向，所以要想使車輛倒退，也只能寄希望於變速器，通過外嚙合齒輪的反向旋轉特性就可以輕鬆完成這項使命。

掛入倒檔為何有個特殊的動作？

學車時大家都使用過手動變速器，有的朋友的愛車也是手動變速器，相信大家對於手動變速器就像對自己的左右手一樣熟悉，不知您有沒有考慮過，操作某些手動變速器掛入倒檔時會有個特殊的動作，或要按住換擋杆上的某個按鈕，或要微微提起換擋杆。這是為什麼呢？難道僅僅是為了帥氣的動作，還是要使手動變速器掛入倒檔需要一套很複雜的部件才可以完成？其實原理很簡單，看了下面這個名為倒檔鎖止機構您就會明白。

倒擋鎖止機構

為了防止車輛前進時誤掛入倒擋，進而對變速器齒輪造成極大衝擊，導致零件損壞，通常都會在手動變速器上設計有倒擋鎖止機構。當把換擋杆擺到極限位置時，鎖止機構中的限位塊會被擋板擋住，導致無法掛上倒擋。此時只有按住倒擋按鈕，限位塊才能越過擋板繼續移動，從而掛入倒擋。

二軸式和三軸式手動變速器

手動變速器的基本結構包括了動力輸入軸和輸出軸，再加上構成變速器的齒輪，這就是一臺手動變速器最基本的組件。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，不同的齒輪組合則產生不同的齒比，平常駕駛中的換擋也就是指換齒輪比。輸入軸的動力通過齒輪間的傳遞，再由輸出軸傳遞給車輪，這就是一臺手動變速器的基本工作原理。

如果將手動變速器按照齒輪的傳動方式進行分類，那麼，目前常見的有二軸式和三軸式兩種。

——二軸式

顧名思義，二軸式手動變速器只有兩個軸，分別是輸入軸和輸出軸。它具有結構簡單，尺寸小的優勢，同時其中間擋位傳動效率高，噪音較小，因此更適合一般的發動機前置且前輪驅動的車輛，它也是目前使用最廣泛的轎車變速器形式。

『最常見的兩軸5速手動變速器解剖圖』

——三軸式

三軸式手動變速器除了輸入軸和輸出軸外，還有中間軸，而中間軸主要用來固定安裝各擋位的變速傳動齒輪。由於三軸式變速器的每個擋位都是由兩對齒輪傳動的，因此輸入軸和輸出軸的旋轉方向相同，這種變速器通常更適合發動機前置且後輪驅動的車輛。

工作原理

接下來，我們通過一個簡單的模型來給大家講講，手動變速器換擋的工作原理。下圖是一個簡易的3軸2擋變速器的結構模型。

輸入軸（綠色）通過離合器和發動機相連，輸入軸和上面的齒輪是一體的。紅色齒輪軸叫做中間軸，中間軸上的三個齒輪同樣與軸固定在一起。黃色的則是輸出軸，動力通過它最終傳遞到車輪。上面的兩個齒輪通過滾針軸承與輸出軸相連，其可以在輸出軸上自由轉動。而輸出軸上的套筒（也叫同步器）通過花鍵安裝在輸出軸上，且可以隨著輸出軸一起旋轉。

其實手動變速器的換擋原理並不高深莫測，可以看到，動力通過輸入軸到中間軸，再傳遞給輸出軸上的兩個齒輪，但是由於兩個藍色齒輪與輸出軸不是剛性連接，所以此時它們處於空轉狀態，相當於是空擋。當輸出軸上的套筒與右側的藍色齒輪相連時，動力才會通過套筒最終傳遞到輸出軸上。與此同時，由於沒有和套筒結合，左側的藍色齒輪在進行自由旋轉。所謂的換擋其實就是套筒在選擇與哪個齒輪結合，結合後也就決定了此時的變速比。

一個傳統的5速手動變速器的換擋原理也是一樣的，只是在變速器中增加了套筒和齒輪組的數目，使之擁有更多的擋位。倒擋則是通過在中間軸（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它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。

對於二軸式的手動變速器，其工作原理與三軸式的大同小異，也是依靠套筒來選擇與其兩側自由旋轉的齒輪結合，結合後就可以將動力通過套筒傳遞到輸出軸上。

變速器齒輪類型

『民用手動變速器使用更多的是斜齒的設計』

用於普通民用車上的手動變速器，其內部嚙合的齒輪基本以斜齒圓柱齒輪為主。這種齒輪的輪齒與齒輪軸線呈一定角度，這種齒形可以使輪齒逐步參與嚙合，而不是突然全部嚙合，所以嚙合運轉時的噪音也要更小。它同時也存在著缺點：由於斜齒的緣故，它在嚙合時，會產生軸向推力，這也就需要特殊的軸承來承受這種軸向載荷。另外由於嚙合面積較大，無形中也增加了齒輪的磨損。

另外一種是主要應用於賽車手動變速器上的直齒圓柱齒輪，這種齒面全接觸的形式增加了齒輪的強度，但也會造成齒輪嚙合時的噪音。同時其傳動效率高的特點，可以使車輛獲得更大的輪上功率，因此它也廣泛應用於賽車變速器領域。直齒圓柱齒輪通常還用在普通民用變速器的倒擋齒輪上，這也是為什麼倒擋行車時，來自變速器的聲音會更大的一個原因。

換擋杆為什麼會抖？

每天打開收音機或者網站，總會看到很多車友請教專家自己的換擋杆抖動，這又是什麼原因呢，難道車企連這麼點小事都做不好？這其中就有手動變速箱換擋機構的原因。

換擋機構

變速器的換擋機構用來執行駕駛員的換擋操作，而它的好與壞也直接關乎操作的舒適性。目前主要可以將其分為推桿式和拉索式（軟軸式）。

——推桿式

推桿連接的換擋控制方式就如圖中所示，相對簡單、直接，但是它有一個很大的問題就是變速器運行時的振動會傳遞到變速擋杆上，那麼人去操作這個振動的擋杆，自然會不舒服，現在您明白為什麼換擋杆會抖了吧。

——拉索式

拉鎖式換擋機構又叫軟軸式，它通過兩根拉索（一根用於選擋，一根用於換擋）來完成換擋動作。這種結構設計可以更好的抑制來自變速器的振動，它也是目前使用最為廣泛的一種換擋機構。

同步器

要想順利的換擋，那麼換擋前後兩組主動齒輪的轉速就要保持一致，就算不一致，也要至少保證速度相近，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轉速一致的情況的。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在換擋時採用兩腳離合的原因了。

對於採用了同步器換擋的變速器來說，換擋順暢與否，很大程度上取決於同步器的優劣。同步器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。大眾經典的MQ200手動變速器的同步器擁有三組錐面摩擦片，這也造就了它出色的入擋手感。

在了解了手動變速器的大致結構後，我們再看看它都有什麼優缺點。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，所以換擋反應快，且可以最直接的表現駕駛者的駕駛意願，因此也更富駕駛樂趣。不過相比自動變速器，它操作相對繁瑣，如果操作不熟練，在擋位切換時往往會存在明顯的頓挫感。

那麼，一臺優秀的手動變速器需要具備哪些特點呢？首先變速器必須擁有良好的換擋手感，擋位清晰不含糊，擁有合理的橫向和縱向行程，入擋的阻力小且帶有吸入感。除此之外更重要的是各擋位之間的齒比排布要合理，因為各個擋位間的傳動比分布直接影響車輛行進中動力銜接的暢順性，通常要求低擋時能加速有力，高擋時能經濟省油。

全文總結：在國內各大城市路況越發擁堵的今天，堵車時走走停停的狀態下，手動擋操作繁瑣的劣勢更為突出。因此，目前國內轎車市場上，手動擋車型的市場正在被各式各樣的自動擋車型蠶食，而在汽車工業高度發達的歐洲，手動擋車型依舊佔有很大的市場份額。這說明，在許多追求純粹駕駛樂趣的人眼裡，那種離合器、油門以及擋杆之間綿密細膩的配合樂趣是自動擋所無法替代的。（馮景毅 李毅）

本文來源：汽車之家 責任編輯：王曉易_NE0011