手動變速器

手動變速器是一種變速裝置，用來改變發動機傳遞給驅動輪的轉速和扭矩，并原地起步、爬坡、轉彎、在加速等各種工況下，汽車可以獲得不同的牽引力和速度，同時發動機可以工作在更有利的工況范圍。

手動變速器

現代汽車使用的發動機轉速和扭矩范圍有限，但汽車行駛條件變化很大，使得汽車對驅動力和速度的要求變化范圍很大。比如自動啟動，車速不需要太高，但是需要很大的驅動力；在高速公路上行駛時，驅動力不需要太大，但需要較高的速度。汽車的這種需求特性與發動機轉速有關-扭矩特性是矛盾的，變速器正好可以解決這個矛盾。手動變速器的功能是：

1）改變傳動比，擴大驅動輪的扭矩和轉速范圍，以適應不斷變化的行駛條件。

2）在汽車發動機轉動方向不變的前提下，利用倒檔，汽車可以向后行駛。

3）在發動機不熄火的情況下，使用空擋中斷動力傳遞，有利于啟動發動機、暖機、怠速，容易換擋或者溜車、臨時停車等工作條件。

4）通過變速器，動力輸出驅動發動機，比如一些汽車的絞盤、自卸車的油泵等。

手動變速器和液壓自動變速器（AT）和相比，有利有弊。

優點

1）與自動擋相比，它能給汽車駕駛員帶來更多的操控樂趣。

2）傳動效率高于自動變速器，在發動機同排量的情況下，比液力自動變速器更省油。

3）結構簡單，保養比自動變速箱便宜、耐用性比自動變速箱好。

4）工藝相對成熟，制造成本低。

5）可靠性較高。

缺點

1）換擋時需要同時控制離合器、換檔手柄和油門將使司機 s操作負擔重，尤其對新手來說，容易引起駕駛員緊張，影響行車安全。

2）離合器控制不熟練的人，在路上經常熄火，尤其是上坡操作不當，可能會損壞發動機和變速箱。

3）手動變速器是純機械結構，增加檔位必然導致體積和質量的增加，從而限制檔位的增加（目前最高速度是七檔，但是最好的檔位是六檔）相反，使用行星齒輪組（AT）或鋼帶（CVT）自動變速器可以隨著技術的提高壓縮體積，進而達到在不增加體積的情況下增加檔位的優勢。

手動變速器由變速傳動機構組成、變速器殼體、操縱機構組成。變速傳動機構可以根據前進擋的數量或軸的形式來分類。根據前進檔的多少可以分為三檔、四檔、五檔、多檔變速器；根據軸的形式，可分為固定軸式（齒輪的旋轉軸是固定的）和旋轉軸式（齒輪的旋轉軸也在旋轉，如行星齒輪傳動）其中，定軸式手動變速器根據軸數的不同可分為雙軸式、中間軸式、雙中間軸式、多中間軸式。

雙軸手動變速器

兩軸手動變速器如下圖所示。其特征是輸出軸與輸入軸平行，沒有中間軸，發動機的動力通過離合器傳遞給變速器的第一軸（輸入軸），然后由兩個軸經過齒輪變速（輸出軸）輸出給主減速器。

兩軸傳動從輸入軸到輸出軸只用一對齒輪傳動，倒檔傳動路線只有一個中間齒輪，機械效率高，噪音低。但是因為不可能有直擋，所以最高擋的機械效率低于直擋。這種結構適用于發動機的前部、前輪驅動或后置發動機、后輪驅動汽車和微型、輕型貨車上。

中間軸式變速器

中間軸手動變速器的結構如下圖所示。其特征在于具有第一軸（輸入軸），第二軸（輸出軸）中間軸與輸入軸和輸出軸平行設置。發動機的動力通過離合器傳入變速器的第一軸，再通過中間軸，最后變速后的動力從第二軸輸出到驅動橋。

在許多變速器中，輸入軸和輸出軸可以連接在一起，所以動力不必通過中間軸這時的檔位叫直接檔。直接齒輪由單軸驅動，傳動比具有最高的傳動效率。這種結構適用于發動機的前部、后輪驅動的汽車。

基本變速原理

其實手動擋的原理并不難首先說明單對齒輪的減速增矩原理，然后通過一個2速變速箱的簡單模型說明變速器的換擋原理最后給出了一個5速變速箱的例子。

圖6 齒輪傳動模型

下圖是一對相互嚙合的齒輪，I是驅動軸（動力輸入軸），Ⅱ是從動軸（動力輸出軸）讓 假設主動軸齒輪的齒數是轉速和扭矩，從動軸齒輪的齒數是轉速和扭矩

因為齒輪連接是剛性的，所以主輪和從輪上嚙合點的線速度是相同的，也就是說，有：比值可以記為I，它的名字叫傳動比。如果你不 t記住傳動過程中的摩擦等功率損失，從動齒輪獲得的功率等于主動齒輪的功率，即有：可以拿到 結合這些公式，你可以得到下面的表達式。從這個公式可以看出，：如果主動輪的齒數比從動輪的齒數少，即從動軸的轉速降低 ，那么扭矩關系表明從動軸的扭矩增加，這就是減速和扭矩增加的作用；反之，如果驅動輪的齒數比從動輪的齒數多，從動軸的轉速就會增加，扭矩就會減小。

在手動變速器中，每對嚙合的齒輪基本上都有減速增扭的作用（超速檔除外）

了解了單對齒輪的減速原理后，我們就可以看變速器的變速原理了。為了更好的理解變速箱的工作原理，讓 讓我們先來看一個簡單的2速變速箱模型（如下圖所示），看看各部分是如何相互配合的：

輸入軸（綠色）通過離合器與發動機相連，軸和上齒輪是一個零件，叫做齒輪軸；軸和齒輪（紅色）叫做中間軸。它們一起旋轉。軸（綠色）旋轉通過嚙合齒輪帶動中間軸旋轉，此時，中間軸可以傳遞發動機的動力；軸（黃色）它是花鍵軸，是變速器的輸出軸動力通過它輸出，現在汽車通過差速器驅動。當輪子轉動時，它會隨著花鍵軸轉動。

齒輪（藍色）它套在花鍵軸上，可以自由轉動。當發動機停止運轉，但車輛仍在行駛時，檔位（藍色）并且花鍵軸仍然隨著車輪旋轉。

齒輪（藍色）同時套筒可以在花鍵軸上自由左右滑動與齒輪嚙合（藍色）

如果操作換檔手柄，使套筒和右齒輪穿過換檔撥叉（藍色）接合時，變速器將掛1檔，如下圖所示。

此時，輸入軸（綠色）驅動中間軸，中間軸驅動右齒輪（藍色）齒輪通過套筒與花鍵軸連接，將能量傳遞給驅動橋。與此同時，左齒輪（藍色）它也在旋轉，但對花鍵軸沒有影響，因為它沒有與套筒嚙合。

當套筒在兩個齒輪之間時，變速箱處于空檔位置，兩個齒輪都在花鍵軸上自由轉動。

輸出軸的轉速由發動機轉速決定、輸入軸齒輪齒數、中間軸上的齒輪齒數、齒輪（藍色）的齒數決定。

下圖是五速變速器的示意圖。換擋原理與上述2速變速器相同值得注意的是，倒檔是通過增加小齒輪來改變的（倒檔中間齒輪）來實現的。

變速桿通過三根連桿與三個撥叉連接

換檔桿中間有一個轉動點當你左右移動變速桿時，你實際上是在選擇不同的換檔撥叉（不同的套筒）前后移動時，選擇不同的檔位（藍色）

同步器工作原理

在換檔過程中，所選檔位的嚙合齒輪的一對齒的圓周速度必須相等（即同步），以使其順利進入嚙合并掛上齒輪。如果兩個檔位的輪齒不同步，就會被迫換擋，由于兩個檔位的速度差，必然會產生沖擊和噪音。這樣不僅換擋困難，還會影響輪齒的使用壽命，加重齒端磨損，甚至斷齒。

為了使換擋順暢，駕駛員要采取更復雜的操作，并在短時間內快速準確地完成。這很容易造成疲勞，即使是熟練的司機。因此，需要在傳動結構上采取措施，保證換檔的平穩性，簡化操作，減少駕駛員 的勞動。同步器就是為了滿足這一要求而設計的。

同步器是在接合套換擋機構的基礎上發展起來的，除了接合套、花鍵轂、除了相應齒輪上的嚙合齒圈之外，還增加了嚙合套和相應嚙合齒圈的圓周速度，以快速達到并保持相同（同步）以及用于防止兩者在達到同步之前進入接合以防止碰撞的機構。

圖11 鎖環慣性同步器

同步器有常壓式、目前廣泛使用的是慣性同步器，如慣性同步器和自增壓同步器。下圖顯示了鎖環慣性同步器。

它主要由接合套、同步鎖環等，其特點是依靠摩擦來實現同步。接合套、同步鎖環和要嚙合的齒輪的齒圈都被倒角（鎖止角）同步鎖環的內錐面與齒圈的外錐面接觸嚙合產生摩擦。鎖緊角和錐面在設計中選擇得當錐面的摩擦使待嚙合的齒套與齒圈快速同步，同時會產生鎖定作用，防止齒輪在同步前嚙合。當同步鎖環的內錐面與待嚙合齒輪的齒圈的外錐面接觸時，齒圈的轉速和同步鎖環的轉速在摩擦扭矩的作用下迅速相等，它們同步旋轉，使得齒圈相對于同步鎖環的轉速為零，慣性扭矩同時消失此時，在驅動器施加給接合套的軸向力的推動下，接合套與同步鎖環的齒圈嚙合，并進一步與齒輪的齒圈嚙合，完成換擋過程。

控制機構的工作原理

手動變速器操縱機構的作用是保證駕駛員能夠根據汽車的行駛狀態和使用條件，準確地將變速器掛入所需的檔位。主要包括兩種：直接控制和遠程控制。

大多數汽車采用直控式變速器操縱機構，其變速桿和所有換擋操縱裝置都布置在變速器蓋上，變速器布置在靠近駕駛員 的座位變速桿從駕駛室地板伸出，駕駛員可以直接控制變速桿撥動變速器蓋內的換擋控制裝置進行換擋，結構緊湊、簡單、操縱方便。

下圖為6速手動變速器的操作機構示意圖。

撥叉軸的兩端支撐在變速器蓋的相應孔中并可軸向滑動。所有撥叉和撥塊都彈性固定在相應的撥叉軸上。第三和第四換檔撥叉的上端設有換檔塊3、凹槽形成在4檔換檔撥叉和所有換檔塊的頂部。

當變速器處于空檔時，凹槽在橫向平面上對齊，叉形換檔桿下端的球頭伸入這些凹槽中。選擇檔位時，變速桿可繞其中部的球形支點橫向擺動，其下端推動叉形變速桿繞換檔軸的軸線轉動，使叉形變速桿下端的球頭對準所選檔位對應的換檔塊槽，然后變速桿縱向擺動，帶動換檔叉軸和換檔叉向前或向后移動，實現換檔。

操縱機構要保證變速器能準確地掛入選定的檔位，并能在選定的檔位可靠地工作，所以設置了自鎖裝置、互鎖裝置、倒檔鎖裝置。

1）自鎖裝置

圖13 汽車變速器自鎖裝置

自鎖裝置可以防止自動換擋和自動換擋，保證所有齒輪全齒長嚙合。下圖是一輛車的自鎖裝置。

變速器蓋前端的凸部鉆有三個深孔，自鎖鋼球1和自鎖彈簧2安裝在孔內，孔位于撥叉軸6的正上方。每個撥叉軸面向鋼球的表面沿軸向設有三個凹槽，凹槽的深度小于鋼球的直徑。

當中槽與鋼球對準時，處于空檔位置，前或后槽與鋼球對準時，處于某一工作檔位。當凹槽面對鋼球時，鋼球在自鎖彈簧的壓力下嵌入凹槽中。撥叉軸的軸向位置是固定的，其撥叉和相應的接合套或滑動齒輪固定在空檔或某個工作檔位，不能自行接合或脫開。

當需要換擋時，駕駛員通過變速桿向撥叉軸施加一定的軸向力，克服彈簧的壓力，自鎖鋼球被擠出撥叉軸的凹槽，推回孔內，使撥叉軸滑過鋼球，帶動撥叉和相應的換擋元件軸向移動。當換檔撥叉軸移動到另一個凹槽與鋼珠對齊時，鋼珠又被壓入凹槽，變速器剛好換入某個工作檔位或退到空檔。相鄰凹槽之間的距離確保齒輪處于全齒長嚙合或完全脫離嚙合。

2）互鎖裝置

圖14 汽車變速器的聯鎖裝置

互鎖裝置可以保證兩個齒輪不同時嚙合，以免同時嚙合的兩個齒輪因傳動比不同而相互卡死，造成運動干涉甚至零件損壞。下圖是一輛車的聯鎖裝置。

互鎖銷6安裝在中間叉軸3的孔中，其長度等于叉軸的直徑減去互鎖鋼球的半徑；互鎖鋼球2、4安裝在變速器蓋的橫向孔中。

當處于空檔位置時，左右撥叉軸1、5正對著鋼球2、四處開有深度相當于鋼球半徑的凹槽，中間撥叉軸左右開有凹槽，凹槽內開有安裝鎖銷6的孔。

該互鎖裝置可確保駕駛員僅在變速器處于空檔位置時才能移動換檔撥叉軸。如果移動并接合一個換檔撥叉軸，另外兩個換檔撥叉軸通過互鎖裝置固定在空檔位置，不能再軸向移動。

3）倒檔鎖裝置

本發明能夠防止錯誤的檔位換入倒檔，防止汽車前進時造成巨大的沖擊和損壞零部件，防止汽車啟動時因錯誤的檔位換入倒檔而造成的安全事故。

圖15 汽車變速器倒檔鎖定裝置

倒檔鎖止裝置的作用是讓駕駛員掛上倒檔，在換入倒檔之前需要在變速桿上施加較大的力，如下圖所示。

倒檔鎖銷1的杠桿上裝有倒檔鎖彈簧2，倒檔鎖銷2右端的螺母可以調節彈簧的預緊力和倒檔鎖銷的長度。當駕駛員要掛倒檔時，必須用較大的力使變速桿下端壓縮倒檔彈簧，然后向右推動倒檔鎖銷，使變速桿下端進入倒檔撥塊的凹槽內撥動ⅰ、將撥叉軸換成倒檔，并退回到倒檔。

裝有齒輪頭并指示齒輪位置的長桿與齒輪箱相連

俗稱變速桿或變速桿(換擋桿 杠桿)一般位于中央扶手和中控臺之間的中間，有些車也位于轉向柱上

通常，第一檔被用作手動列車的起動檔。

在1檔后，根據車速或速度加檔或減檔

當車速慢了很多又加速時，就要退至合適的檔位。

標示'R'的區域為倒車檔。

簡單來說，前車發動機轉速高時升檔，發動機轉速低時降檔。速度因車而異

一、檢查所有前進檔和倒檔。如果天氣寒冷，換入低檔時低速檔有輕微磨損，這是變速器油熱量不足造成的，屬于正常范圍。如果每次掛檔都磨齒輪，可能是離合器的液壓系統、或者是變速器本身有問題。

二、檢查是否能正常掛檔。如果發現變速器不能正常掛檔，或者有齒輪撞擊聲；或者掛擋后很難推回空檔，說明變速器換擋困難熄火后，可以用手握住變速桿如果松動，可以隨意擺動，可能是定位銷失效造成的。如果不松，也很難換擋很可能是同步器故障導致了換檔過程中的沖擊。如果存在這種故障，需要在修理廠進行拆解、排除的。

三、傳播也可能出現“亂檔”現象。如果變速桿可以 當汽車啟動時，不能掛入要求的檔位，否則它會掛不上掛檔后不能回到空檔等。這表明變速器的操作機構有故障。可能是變速桿球頭過度磨損，失去有效控制能力造成的如果變速桿稍微錯位，就會掛到其他檔位，可能是變速桿下端工作面磨損嚴重造成的這種故障也需要送到修理廠。

四、如果在行駛中變速桿跳回空檔，可能是齒輪和齒套磨損嚴重，導致軸承松動或軸向間隙過大。這就需要專業的維修人員來拆卸變速器，檢查齒輪的嚙合情況。如果發現變速器漏油，也是異常。可能是密封墊密封不好造成的；或者變速器輸出軸油封損壞。同時，潤滑油過多或排氣孔不通暢也會造成漏油。

五、如果發動機怠速時變速器處于空檔，但有異響，可能是曲軸與變速器第一軸同軸度有偏差，踩下離合器踏板即可消失。