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引言 .................................................................................................................................................. 1 一 变速器设计 ................................................................................................................................. 1 二 杠杆和力量 ................................................................................................................................. 1 三 转矩和转矩的乘积 ..................................................................................................................... 2 四 齿轮比......................................................................................................................................... 2 五 手动变速器零件 ......................................................................................................................... 3 六 齿轮的选择 ................................................................................................................................. 4 七 同步器的目的 ............................................................................................................................. 5 八 同步器操作 ................................................................................................................................. 5 九 变速器类型 ................................................................................................................................. 8 十 四速变速器 ................................................................................................................................. 9 十一 五速变速器 ............................................................................................................................. 9 十二 驱动桥系统 ........................................................................................................................... 10
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引言
由发动机曲轴产生的扭矩必须传递到驱动轮上。要做到这一点，扭矩必须首先通过离合器和变速器。本章介绍了手动变速箱、驱动桥及其零件和服务。
一 变速器设计
变速器的目的
变速器的目的是向驱动轮施加不同的扭矩力，车辆需要在许多类型的负载下行驶、停止和起动。重负载、高速度和小负载是对车辆的不同要求的示例。变速器设计的目的是改变驱动车轮的扭矩以适用于不同的应用程序。
此外，变速器被用来扭转车辆的方向并向车轮提供空挡（无动力）。通常，在较高速度和较小负载下需要较小的扭矩。当使用较慢的速度和较高的负载时，需要更多的扭矩。
二 杠杆和力量
为了了解变速器中的齿轮是如何工作的，首先必须定义杠杆和力。杠杆是一种改变力和距离的装置，例如在图A中，杠杆有一个输入、一个支点和一个输出。当力施加到一侧超过一定距离时，力乘以输入上的距离总是等于力乘以输出上的距离。因此，工作输入（等于力x距离）总是等于工作输出。
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如果支点位于更右侧，如图B所示，会出现几种情况：首先，工作输入将再次等于输出，但是，输出的力将会更大，而输出距离将会小得多；此外，输入距离将会更大。通过改变支点的位置，可以在放弃距离的同时获得不同的力。
三 转矩和转矩的乘积
杠杆的原理也可以应用于齿轮。 齿轮可以被认为是一组旋转杆。一组齿轮可以以与杠杆增加或减小力相同的方式增加或减小扭矩。
这在图2A中示出。一个杠杆推动另一个，每个杠杆的长度决定了它们将产生多少力。例如，如果短杆推动较长的杆，则较长的杆将移动较小的距离，但将具有更大的力。如果如图2B所示连接一系列的杠杆，则产生连续的扭矩。当应用于图2C所示的齿轮时，小齿轮可以增加较大齿轮中的扭矩。然而,就像杠杆一样,大齿轮移动距离小于输入装置。
四 齿轮比
从输入到输出增加的扭矩量取决于齿轮的相对尺寸。输入和输出齿轮之间的尺寸差称为齿轮比。显示齿轮比的最佳方式是计算每个齿轮上的齿数，图3显示了一组齿轮。输入齿轮具有十二个齿，输出齿轮具有二十四个齿。要使输出齿轮转动一圈，则输入齿轮需要转两圈，输出齿轮的速度将是输入齿轮速度的一半；但是，输出的转矩将加倍。齿轮比被表示为24比12，或2比1。这意味着输入齿轮将转动两次，而输出齿轮将转动一次。
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五 手动变速器零件
变速其位于离合器后面的齿轮箱。离合器的输出驱动该组齿轮。容纳齿轮的壳体附接到离合器壳体，在壳体内部具有多个不同尺寸齿轮的轴。当齿轮换档到不同的速比时，可以为不同的操作条件选择不同的扭矩。
图4示出了三速手动变速器的内部部件的简化图，使用三速手动变速器来帮助简化操作。虽然在变速器中有很多部件，但主要包括驱动器或输入齿轮，其
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具有四个齿轮的中间轴齿轮（也称为串联齿轮）、两个齿轮的主轴和倒档中间齿轮。副轴齿轮都以相同的速度转动。低速齿轮、倒档齿轮、第二及高速齿轮能够在主轴花键上滑动。
六 齿轮的选择
通过连接齿轮选择第一档位，以便产生最大转矩和最低输出速度。这个条件用于启动车辆移动，上升非常陡峭的山坡或拉重负载。如图5所示，当变速杆移动到低档或第一档时，低档和倒档齿轮在中间轴上。功率现在从输入轴传输到中间轴。从中间轴，动力传递到主轴。由于齿轮比，输入轴速度大约是输出主轴速度的三倍。然而，输出轴具有约三倍于输入轴的扭矩。
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通过连接主轴上的第二和高速齿轮选择二档（图6）。注意，用于低速或第一档的齿轮已经脱开并且不啮合。在这种情况下，输入轴与输出轴的比率约为2比1。速度已略微增加，同时扭矩已减小。
通过将第二和高速齿轮直接连接到输入轴来选择三档。这使得输入和输出以相同的速度旋转（图7）。现在的比例是1比1，在这种情况下，产生最大速度与最小扭矩。
通过将低速和倒档齿轮与倒档中间齿轮连接来选择倒档。当将额外的空转齿轮添加到齿轮系时，输出速度的方向反转。倒档被认为是一种非常低速，高扭矩的齿轮装置。
七 同步器的目的
在正常换档模式期间，齿轮必须接合和脱离。然而，大多数齿轮在接合之前不以相同的速度转动。为了在正常降档或升档期间消除齿轮彼此碰撞，则会使用同步器。同步器用于当今手动变速器的所有前进速度中。有几种类型的同步器，但它们都工作在一个类似的原则。如果齿轮速度可以同步或以相同的速度，它们将容易啮合，并且几乎没有碰撞或咔嗒声。
八 同步器操作
图9示出了同步器的原理如何操作。图9A，装配是由输入齿轮、齿圈的锥面、滑套、轮毂、几个弹簧钢球与内齿轮。目标是将输入齿轮与内齿轮啮合。如果内齿轮转动，则输出轴也将转动。
为了便于理解，首先将输入齿轮视为旋转，将输出轴、轮毂和内齿轮视为不
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旋转。当换挡叉向左移动时，它将齿圈滑动套筒和轮毂向左移动。轮毂和齿圈花键接合在一起。随着向左的运动继续，两个锥形表面最终开始摩擦在一起。这个动作使两个齿轮具有相同的速度。在这一点上内齿轮仍然不与输入齿轮啮合。当换挡叉向左移动得更远时，齿圈滑动套继续移动，而毂保持锥形表面彼此接触。当齿圈继续向左移动时，它最终容易与输入齿轮啮合，因为两者都以相同的速度
旋转（图9B）。
在大多数变速器中，同步器被移动而不是齿轮。这种类型的传输称为恒定
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网格类型。图10显示了这个原理。齿轮在开始时啮合，但它们在输出轴上的轴承上旋转。当第一齿轮同步器向右移动时，其使输出轴具有与第一齿轮相同的速度。当第二齿轮同步器向右移动时，它使第二输出轴具有与第二齿轮相同的速度。当第三档同步器向左移动时，输出轴以与输入齿轮相同的速度被获得。为了简单
起见，此处未示出倒档。
虽然许多同步器在外观上不同，基本原理是一样的。大多数同步使用同步环（称为一个封闭环）代替内锥。键，而不是小弹簧球，被用在一些同步器。图11示出了拆卸的同步器。
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当两个同步器放置在一起时，一些部件如图12所示组合。在该排列中，注意同步器套筒和毂被组合在一起以减小其尺寸。当换档杆将同步器套筒移动到左侧时，齿轮B转动。
九 变速器类型
不同变速器的目的
现在已经研究了基本的变速器部件，可以讨论其它类型和类型。车辆设计在过去几年中一直在变化。前轮驱动车辆现在非常受欢迎。此外，许多制造商使用较小的发动机。由于这些变化，已经开发了几种类型的变速器，包括四速、五速和变速驱动桥变速器。
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十 四速变速器
四速手动变速箱有一个额外的齿轮组，包含了四个前进齿轮，而不是三个。使用四个齿轮，可提供更宽范围的扭矩特性。较小的发动机通常需要增加扭矩范围。图15示出四速变速器，主要区别是直齿轮轴具有四个前进档，而不是三个。同步器也用于辅助换档。
十一 五速变速器
五速变速器目前在许多车辆上使用。使用五个齿轮，扭矩的范围增加，使得可以使用更小的发动机。图16示出了五速变速器，为了获得五个速度，附加的
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一组齿轮被添加到变速器。同步器再次用于啮合和脱离齿轮。在所示的每个档位中，机械能的传递是从输入轴到中间轴，到主轴或上轴上的特定齿轮，通过同步器和到输出轴。在该特定情况下，第五档被视为超速档。第四齿轮是直接驱动齿轮。箭头有助于显示哪些档位用于每个换档条件。
十二 驱动桥系统
变速驱动桥系统用于前轮驱动车辆，其具有放置在一起的变速器和主减速器传动装置。它安装在发动机的后部，使得驱动桥的输出直接馈送到前轮。许多设计用于驱动桥。这些原理与任何手动变速器都是相同的。
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