手动变速器结构原理解析

前面了解到发动机的工作原理，都知道发动机的转速是非常高的，如将动力直接作用于车轮来驱动汽车的话是很不现实的。为了满足汽车起步、爬坡、高速行驶等驾驶的需要，变速器应运而生。下面解析一下汽车变速器的结构及工作原理。

● 为什么变速器是必要的?

汽车作为一种交通工具，必然会有起步、上坡、高速行驶等驾驶需要。而这期间驱动汽车所需的扭力都是不同的，光靠发动机是无法应付的。

因为发动机直接输出的转矩变化范围是比较小的，而汽车起步、上坡却需要大的转矩，高速行驶时，只需要较小的转矩，如直接把发动机的动力来驱动汽车的话，就很难实现汽车的起步、上坡或高速行驶。另外，汽车需要倒车，也必须要用到变速器来实现。

● 变速器为什么能变速?

变速箱为什么可以调整发动机输出的转矩和转速呢？其实这里蕴含了齿轮和杠杆的原理。变速箱内有多个不同的齿轮，通过不同大小的齿轮组合一起，就能实现对发动机转矩和转速的调整。用低转矩可以换来高转速，用低转速则可以换来高转矩。

变速器的作用主要表现在三方面：第一，改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围；第二，在发动机转向不变的情况下，实现汽车倒退行驶；第三，利用空档，可以中断发动机动力传递，使得发动机可以起动、怠速。

● 变速器有哪些种类?

汽车变速器按照操控方式可分为手动变速器和自动变速器。常见的自动变速器主要有三种，分别是液力自动变速器（AT）、机械无级自动变速器（CVT）、双离合器变速器（DSG）。

● 手动变速器的结构

手动变速器（Manual Transmission，简称MT），就是必须通过用手拨动变速器杆，才能改变传动比的变速器。手动变速器主要由壳体、传动组件（输入输出轴、齿轮、同步器等）、操纵组件（换挡拉杆、拨叉等）。

● 手动变速器工作原理

手动变速器的工作原理，就是通过拨动变速杆，切换中间轴上的主动齿轮，通过大小不同的齿轮组合与动力输出轴结合，从而改变驱动轮的转矩和转速。下面先看一下简化的手动变速器（2档）的构造图。

发动机的动力输入轴是通过一根中间轴，间接与动力输出轴连接的。如上图所示，中间轴的两个齿轮（红色）与动力输出轴上的两个齿轮（蓝色）是随着发动机输出一起转动的。但是如果没有同步器（紫色）的接合，两个齿轮（蓝色）只能在动力输出轴上空转（即不会带动输出轴转动）。图中同步器位于中间状态，相当于变速器挂了空档。

当变速杆向左移动，使同步器向右移动与齿轮（如上图所示）接合，发动机动力通过中间轴的齿轮，将动力传递给动力输出轴。

一般的手动变速器都有好几个档位（如上图的5档手动变速器），可以理解为在原来的基础上添加了几组齿轮，其实原理都是一样的。如当挂上1挡时，实际上是将（1、2挡同步器）向左移动使同步器与1挡从动齿轮（图中①）接合，将动力传递到输出轴。细心的朋友会发现，R档（倒车档）的主动齿轮和从动齿轮中夹了一个中间齿轮，就是通过这个齿轮实现汽车的倒退行驶。

● 同步器起什么作用？

变速器在进行换档操作时，尤其是从高档向低档的换档很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了避免齿间冲击，在换档装置中都设置同步器。

同步器有常压式和惯性式两种，目前大部分同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，主要是依靠摩擦作用实现同步。

当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。

3种自动变速器原理解析

众所周知，汽车变速箱可以分为自动变速箱和手动变速箱。但并不是所有的人都能够完整地说出自动变速箱的种类以及各种类自动变速箱究竟在运作原理上有什么不同。下面来剖析一下AT、CVT、DSG这三种自动变速箱的运作原理。

● AT自动变速箱的结构及工作原理：

现在自动变速箱一般都是液力变矩器式自动变速箱，也就是俗称的“AT”自动变速箱。它主要由两大部分构成：1.和发动机飞轮连接的液力变矩器。2.紧跟在液力变矩器后方的变速机构。

液力变矩器一般是由泵轮、定叶轮、涡轮以及锁止离合器组成的。锁止离合器的作用是当车速超过一定速度时，采用锁止离合器将发动机与变速机构直接连接，这样可以减少燃油消耗。

液力变矩器的作用是将发动机的动力输出传递到变速机构。它里面充满了传动油，当与动力输入轴相连接的泵轮转动时，它会通过传动油带动与输出轴相连的涡轮一起转动，从而将发动机动力传递出去。其原理就像一把插电的风扇能够带动一把不插电的风扇的叶片转动一样。

AT自动变速箱每个档位都由一组离合片控制，从而实现变速功能。现在的AT自动变速箱采用电磁阀对离合片进行控制，使得系统更简单，可靠性更好。AT自动变速箱的传动齿轮和手动变速箱的传动齿轮并不相同。AT自动变速箱采用的是行星齿轮组实现扭矩的转换。

AT自动变速箱的换挡控制方式如上图所示。变速箱控制电脑通过电信号控制电磁阀的动作，从而改变变速箱油在阀体油道的走向。当作用在多片式离合片上的油压达到致动压力时，多片式离合片接合从而促使相应的行星齿轮组输出动力。

行星齿轮组包括行星架、齿圈以及太阳轮。当上面提到的三个部件中的一个被固定后，动力便会在其他两个部件之间传递。

● CVT自动变速箱的结构及工作原理：

CVT无级变速箱的主要部件是两个滑轮和一条金属带，金属带套在两个滑轮上。滑轮由两块轮盘组成，这两片轮盘中间的凹槽形成一个V形，其中一边的轮盘由液压控制机构控制，可以视不同的发动机转速，进行分开与拉近的动作，V形凹槽也随之变宽或变窄，将金属带升高或降低，从而改变金属带与滑轮接触的直径，相当于齿轮变速中切换不同直径的齿轮。两个滑轮呈反向调节，即其中一个带轮凹槽逐渐变宽时，另一个带轮凹槽就会逐渐变窄，从而迅速加大传动比的变化。

当汽车慢速行驶时，可以令主动滑轮的凹槽宽度大于被动滑轮凹槽，主动滑轮的金属带圆周半径小于被动滑轮的金属带圆周半径，即小圆带大圆，因此能传递较大的转矩；当汽车逐渐转为高速时，主动滑轮的一边轮盘向内靠拢，凹槽宽度变小迫使金属带升起，直至最高顶端，而被动滑轮的一边轮盘刚好相反，向外移动拉大凹槽宽度迫使金属带降下，即主动滑轮金属带的圆周半径大于被动滑轮金属带的圆周半径，变成大圆带小圆，因此能保证汽车高速行驶时的速度要求。

● DSG自动变速箱的结构及工作原理：

手动挡汽车在换挡时，离合器在分离和接合之间存在动力传递暂时中断的现象。这对于一般的民用车影响不大，但对于争分夺秒的赛车来说，会极大地影响成绩。双离合变速箱能够消除换挡时动力传递的中断现象，缩短换挡时间，同时换挡更加平顺。

上图是一个大众6速DSG双离合变速箱的工作原理图。两个离合器与变速箱装配在同一机构内，其中一个离合器（1）负责挂1、3、5和倒挡；另一个离合器（2）负责挂2、4、6挡。当驾驶员挂上1挡起步时，换挡拨叉同时挂上1挡和2挡，但离合器1结合，离合器2分离，动力通过1挡的齿轮输出动力，2挡齿轮空转。当驾驶员换到2挡时，换挡拨叉同时挂上2挡和3挡，离合器1分离的同时离合器2结合，动力通过2挡齿轮输出，3挡齿轮空转。其余各档位的切换方式均与此类似。这样就解决了换挡过程中动力传输中断的问题。

上图是一个大众7速DSG双离合变速箱的工作原理图，其工作原理与6速类似。离合器1负责控制1、3、5、7挡；离合器2负责控制2、4、6和倒档。

如果大家还是没弄懂双离合变速箱的原理，大家可以看看上面这个大众6速DSG双离合变速箱的原理简图。这个简图非常清晰地说明了双离合变速箱的传动原理。