手动变速器

手动变速器是一种变速装置，用来改变发动机传递给驱动轮的转速和扭矩，并原地起步、爬坡、转弯、在加速等各种工况下，汽车可以获得不同的牵引力和速度，同时发动机可以工作在更有利的工况范围。

手动变速器

现代汽车使用的发动机转速和扭矩范围有限，但汽车行驶条件变化很大，使得汽车对驱动力和速度的要求变化范围很大。比如自动启动，车速不需要太高，但是需要很大的驱动力；在高速公路上行驶时，驱动力不需要太大，但需要较高的速度。汽车的这种需求特性与发动机转速有关-扭矩特性是矛盾的，变速器正好可以解决这个矛盾。手动变速器的功能是：

1）改变传动比，扩大驱动轮的扭矩和转速范围，以适应不断变化的行驶条件。

2）在汽车发动机转动方向不变的前提下，利用倒档，汽车可以向后行驶。

3）在发动机不熄火的情况下，使用空挡中断动力传递，有利于启动发动机、暖机、怠速，容易换挡或者溜车、临时停车等工作条件。

4）通过变速器，动力输出驱动发动机，比如一些汽车的绞盘、自卸车的油泵等。

手动变速器和液压自动变速器（AT）和相比，有利有弊。

优点

1）与自动挡相比，它能给汽车驾驶员带来更多的操控乐趣。

2）传动效率高于自动变速器，在发动机同排量的情况下，比液力自动变速器更省油。

3）结构简单，保养比自动变速箱便宜、耐用性比自动变速箱好。

4）工艺相对成熟，制造成本低。

5）可靠性较高。

缺点

1）换挡时需要同时控制离合器、换档手柄和油门将使司机 s操作负担重，尤其对新手来说，容易引起驾驶员紧张，影响行车安全。

2）离合器控制不熟练的人，在路上经常熄火，尤其是上坡操作不当，可能会损坏发动机和变速箱。

3）手动变速器是纯机械结构，增加档位必然导致体积和质量的增加，从而限制档位的增加（目前最高速度是七档，但是最好的档位是六档）相反，使用行星齿轮组（AT）或钢带（CVT）自动变速器可以随着技术的提高压缩体积，进而达到在不增加体积的情况下增加档位的优势。

手动变速器由变速传动机构组成、变速器壳体、操纵机构组成。变速传动机构可以根据前进挡的数量或轴的形式来分类。根据前进档的多少可以分为三档、四档、五档、多档变速器；根据轴的形式，可分为固定轴式（齿轮的旋转轴是固定的）和旋转轴式（齿轮的旋转轴也在旋转，如行星齿轮传动）其中，定轴式手动变速器根据轴数的不同可分为双轴式、中间轴式、双中间轴式、多中间轴式。

双轴手动变速器

两轴手动变速器如下图所示。其特征是输出轴与输入轴平行，没有中间轴，发动机的动力通过离合器传递给变速器的第一轴（输入轴），然后由两个轴经过齿轮变速（输出轴）输出给主减速器。

两轴传动从输入轴到输出轴只用一对齿轮传动，倒档传动路线只有一个中间齿轮，机械效率高，噪音低。但是因为不可能有直挡，所以最高挡的机械效率低于直挡。这种结构适用于发动机的前部、前轮驱动或后置发动机、后轮驱动汽车和微型、轻型货车上。

中间轴式变速器

中间轴手动变速器的结构如下图所示。其特征在于具有第一轴（输入轴），第二轴（输出轴）中间轴与输入轴和输出轴平行设置。发动机的动力通过离合器传入变速器的第一轴，再通过中间轴，最后变速后的动力从第二轴输出到驱动桥。

在许多变速器中，输入轴和输出轴可以连接在一起，所以动力不必通过中间轴这时的档位叫直接档。直接齿轮由单轴驱动，传动比具有最高的传动效率。这种结构适用于发动机的前部、后轮驱动的汽车。

基本变速原理

其实手动挡的原理并不难首先说明单对齿轮的减速增矩原理，然后通过一个2速变速箱的简单模型说明变速器的换挡原理最后给出了一个5速变速箱的例子。

下图是一对相互啮合的齿轮，I是驱动轴（动力输入轴），Ⅱ是从动轴（动力输出轴）让 假设主动轴齿轮的齿数是转速和扭矩，从动轴齿轮的齿数是转速和扭矩

因为齿轮连接是刚性的，所以主轮和从轮上啮合点的线速度是相同的，也就是说，有：比值可以记为I，它的名字叫传动比。如果你不 t记住传动过程中的摩擦等功率损失，从动齿轮获得的功率等于主动齿轮的功率，即有：可以拿到 结合这些公式，你可以得到下面的表达式。从这个公式可以看出，：如果主动轮的齿数比从动轮的齿数少，即从动轴的转速降低 ，那么扭矩关系表明从动轴的扭矩增加，这就是减速和扭矩增加的作用；反之，如果驱动轮的齿数比从动轮的齿数多，从动轴的转速就会增加，扭矩就会减小。

在手动变速器中，每对啮合的齿轮基本上都有减速增扭的作用（超速档除外）

了解了单对齿轮的减速原理后，我们就可以看变速器的变速原理了。为了更好的理解变速箱的工作原理，让 让我们先来看一个简单的2速变速箱模型（如下图所示），看看各部分是如何相互配合的：

输入轴（绿色）通过离合器与发动机相连，轴和上齿轮是一个零件，叫做齿轮轴；轴和齿轮（红色）叫做中间轴。它们一起旋转。轴（绿色）旋转通过啮合齿轮带动中间轴旋转，此时，中间轴可以传递发动机的动力；轴（黄色）它是花键轴，是变速器的输出轴动力通过它输出，现在汽车通过差速器驱动。当轮子转动时，它会随着花键轴转动。

齿轮（蓝色）它套在花键轴上，可以自由转动。当发动机停止运转，但车辆仍在行驶时，档位（蓝色）并且花键轴仍然随着车轮旋转。

齿轮（蓝色）同时套筒可以在花键轴上自由左右滑动与齿轮啮合（蓝色）

如果操作换档手柄，使套筒和右齿轮穿过换档拨叉（蓝色）接合时，变速器将挂1档，如下图所示。

此时，输入轴（绿色）驱动中间轴，中间轴驱动右齿轮（蓝色）齿轮通过套筒与花键轴连接，将能量传递给驱动桥。与此同时，左齿轮（蓝色）它也在旋转，但对花键轴没有影响，因为它没有与套筒啮合。

当套筒在两个齿轮之间时，变速箱处于空档位置，两个齿轮都在花键轴上自由转动。

输出轴的转速由发动机转速决定、输入轴齿轮齿数、中间轴上的齿轮齿数、齿轮（蓝色）的齿数决定。

下图是五速变速器的示意图。换挡原理与上述2速变速器相同值得注意的是，倒档是通过增加小齿轮来改变的（倒档中间齿轮）来实现的。

变速杆通过三根连杆与三个拨叉连接

换档杆中间有一个转动点当你左右移动变速杆时，你实际上是在选择不同的换档拨叉（不同的套筒）前后移动时，选择不同的档位（蓝色）

同步器工作原理

在换档过程中，所选档位的啮合齿轮的一对齿的圆周速度必须相等（即同步），以使其顺利进入啮合并挂上齿轮。如果两个档位的轮齿不同步，就会被迫换挡，由于两个档位的速度差，必然会产生冲击和噪音。这样不仅换挡困难，还会影响轮齿的使用寿命，加重齿端磨损，甚至断齿。

为了使换挡顺畅，驾驶员要采取更复杂的操作，并在短时间内快速准确地完成。这很容易造成疲劳，即使是熟练的司机。因此，需要在传动结构上采取措施，保证换档的平稳性，简化操作，减少驾驶员 的劳动。同步器就是为了满足这一要求而设计的。

同步器是在接合套换挡机构的基础上发展起来的，除了接合套、花键毂、除了相应齿轮上的啮合齿圈之外，还增加了啮合套和相应啮合齿圈的圆周速度，以快速达到并保持相同（同步）以及用于防止两者在达到同步之前进入接合以防止碰撞的机构。

同步器有常压式、目前广泛使用的是惯性同步器，如惯性同步器和自增压同步器。下图显示了锁环惯性同步器。

它主要由接合套、同步锁环等，其特点是依靠摩擦来实现同步。接合套、同步锁环和要啮合的齿轮的齿圈都被倒角（锁止角）同步锁环的内锥面与齿圈的外锥面接触啮合产生摩擦。锁紧角和锥面在设计中选择得当锥面的摩擦使待啮合的齿套与齿圈快速同步，同时会产生锁定作用，防止齿轮在同步前啮合。当同步锁环的内锥面与待啮合齿轮的齿圈的外锥面接触时，齿圈的转速和同步锁环的转速在摩擦扭矩的作用下迅速相等，它们同步旋转，使得齿圈相对于同步锁环的转速为零，惯性扭矩同时消失此时，在驱动器施加给接合套的轴向力的推动下，接合套与同步锁环的齿圈啮合，并进一步与齿轮的齿圈啮合，完成换挡过程。

控制机构的工作原理

手动变速器操纵机构的作用是保证驾驶员能够根据汽车的行驶状态和使用条件，准确地将变速器挂入所需的档位。主要包括两种：直接控制和远程控制。

大多数汽车采用直控式变速器操纵机构，其变速杆和所有换挡操纵装置都布置在变速器盖上，变速器布置在靠近驾驶员 的座位变速杆从驾驶室地板伸出，驾驶员可以直接控制变速杆拨动变速器盖内的换挡控制装置进行换挡，结构紧凑、简单、操纵方便。

下图为6速手动变速器的操作机构示意图。

拨叉轴的两端支撑在变速器盖的相应孔中并可轴向滑动。所有拨叉和拨块都弹性固定在相应的拨叉轴上。第三和第四换档拨叉的上端设有换档块3、凹槽形成在4档换档拨叉和所有换档块的顶部。

当变速器处于空档时，凹槽在横向平面上对齐，叉形换档杆下端的球头伸入这些凹槽中。选择档位时，变速杆可绕其中部的球形支点横向摆动，其下端推动叉形变速杆绕换档轴的轴线转动，使叉形变速杆下端的球头对准所选档位对应的换档块槽，然后变速杆纵向摆动，带动换档叉轴和换档叉向前或向后移动，实现换档。

操纵机构要保证变速器能准确地挂入选定的档位，并能在选定的档位可靠地工作，所以设置了自锁装置、互锁装置、倒档锁装置。

1）自锁装置

自锁装置可以防止自动换挡和自动换挡，保证所有齿轮全齿长啮合。下图是一辆车的自锁装置。

变速器盖前端的凸部钻有三个深孔，自锁钢球1和自锁弹簧2安装在孔内，孔位于拨叉轴6的正上方。每个拨叉轴面向钢球的表面沿轴向设有三个凹槽，凹槽的深度小于钢球的直径。

当中槽与钢球对准时，处于空档位置，前或后槽与钢球对准时，处于某一工作档位。当凹槽面对钢球时，钢球在自锁弹簧的压力下嵌入凹槽中。拨叉轴的轴向位置是固定的，其拨叉和相应的接合套或滑动齿轮固定在空档或某个工作档位，不能自行接合或脱开。

当需要换挡时，驾驶员通过变速杆向拨叉轴施加一定的轴向力，克服弹簧的压力，自锁钢球被挤出拨叉轴的凹槽，推回孔内，使拨叉轴滑过钢球，带动拨叉和相应的换挡元件轴向移动。当换档拨叉轴移动到另一个凹槽与钢珠对齐时，钢珠又被压入凹槽，变速器刚好换入某个工作档位或退到空档。相邻凹槽之间的距离确保齿轮处于全齿长啮合或完全脱离啮合。

2）互锁装置

互锁装置可以保证两个齿轮不同时啮合，以免同时啮合的两个齿轮因传动比不同而相互卡死，造成运动干涉甚至零件损坏。下图是一辆车的联锁装置。

互锁销6安装在中间叉轴3的孔中，其长度等于叉轴的直径减去互锁钢球的半径；互锁钢球2、4安装在变速器盖的横向孔中。

当处于空档位置时，左右拨叉轴1、5正对着钢球2、四处开有深度相当于钢球半径的凹槽，中间拨叉轴左右开有凹槽，凹槽内开有安装锁销6的孔。

该互锁装置可确保驾驶员仅在变速器处于空档位置时才能移动换档拨叉轴。如果移动并接合一个换档拨叉轴，另外两个换档拨叉轴通过互锁装置固定在空档位置，不能再轴向移动。

3）倒档锁装置

本发明能够防止错误的档位换入倒档，防止汽车前进时造成巨大的冲击和损坏零部件，防止汽车启动时因错误的档位换入倒档而造成的安全事故。

倒档锁止装置的作用是让驾驶员挂上倒档，在换入倒档之前需要在变速杆上施加较大的力，如下图所示。

倒档锁销1的杠杆上装有倒档锁弹簧2，倒档锁销2右端的螺母可以调节弹簧的预紧力和倒档锁销的长度。当驾驶员要挂倒档时，必须用较大的力使变速杆下端压缩倒档弹簧，然后向右推动倒档锁销，使变速杆下端进入倒档拨块的凹槽内拨动ⅰ、将拨叉轴换成倒档，并退回到倒档。

装有齿轮头并指示齿轮位置的长杆与齿轮箱相连

俗称变速杆或变速杆(换挡杆 杠杆)一般位于中央扶手和中控台之间的中间，有些车也位于转向柱上

通常，第一档被用作手动列车的起动档。

在1档后，根据车速或速度加档或减档

当车速慢了很多又加速时，就要退至合适的档位。

标示'R'的区域为倒车档。

简单来说，前车发动机转速高时升档，发动机转速低时降档。速度因车而异

一、检查所有前进档和倒档。如果天气寒冷，换入低档时低速档有轻微磨损，这是变速器油热量不足造成的，属于正常范围。如果每次挂档都磨齿轮，可能是离合器的液压系统、或者是变速器本身有问题。

二、检查是否能正常挂档。如果发现变速器不能正常挂档，或者有齿轮撞击声；或者挂挡后很难推回空档，说明变速器换挡困难熄火后，可以用手握住变速杆如果松动，可以随意摆动，可能是定位销失效造成的。如果不松，也很难换挡很可能是同步器故障导致了换档过程中的冲击。如果存在这种故障，需要在修理厂进行拆解、排除的。

三、传播也可能出现“乱档”现象。如果变速杆可以 当汽车启动时，不能挂入要求的档位，否则它会挂不上挂档后不能回到空档等。这表明变速器的操作机构有故障。可能是变速杆球头过度磨损，失去有效控制能力造成的如果变速杆稍微错位，就会挂到其他档位，可能是变速杆下端工作面磨损严重造成的这种故障也需要送到修理厂。

四、如果在行驶中变速杆跳回空档，可能是齿轮和齿套磨损严重，导致轴承松动或轴向间隙过大。这就需要专业的维修人员来拆卸变速器，检查齿轮的啮合情况。如果发现变速器漏油，也是异常。可能是密封垫密封不好造成的；或者变速器输出轴油封损坏。同时，润滑油过多或排气孔不通畅也会造成漏油。

五、如果发动机怠速时变速器处于空档，但有异响，可能是曲轴与变速器第一轴同轴度有偏差，踩下离合器踏板即可消失。