手動(dòng)變速器
手動(dòng)變速器是一種變速裝置，用來改變發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速和扭矩，并原地起步、爬坡、轉(zhuǎn)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(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)可以工作在更有利的工況范圍。
手動(dòng)變速器概況簡介
現(xiàn)代汽車使用的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)力和速度的要求變化范圍很大。比如自動(dòng)啟動(dòng)，車速不需要太高，但是需要很大的驅(qū)動(dòng)力；在高速公路上行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)-扭矩特性是矛盾的，變速器正好可以解決這個(gè)矛盾。手動(dòng)變速器的功能是：
1）改變傳動(dòng)比，擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪的扭矩和轉(zhuǎn)速范圍，以適應(yīng)不斷變化的行駛條件。
2）在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不變的前提下，利用倒檔，汽車可以向后行駛。
3）在發(fā)動(dòng)機(jī)不熄火的情況下，使用空擋中斷動(dòng)力傳遞，有利于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、暖機(jī)、怠速，容易換擋或者溜車、臨時(shí)停車等工作條件。
4）通過變速器，動(dòng)力輸出驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，比如一些汽車的絞盤、自卸車的油泵等。
手動(dòng)變速器和液壓自動(dòng)變速器（AT）和相比，有利有弊。
優(yōu)點(diǎn)
1）與自動(dòng)擋相比，它能給汽車駕駛員帶來更多的操控樂趣。
2）傳動(dòng)效率高于自動(dòng)變速器，在發(fā)動(dòng)機(jī)同排量的情況下，比液力自動(dòng)變速器更省油。
3）結(jié)構(gòu)簡單，保養(yǎng)比自動(dòng)變速箱便宜、耐用性比自動(dòng)變速箱好。
4）工藝相對成熟，制造成本低。
5）可靠性較高。
缺點(diǎn)
1）換擋時(shí)需要同時(shí)控制離合器、換檔手柄和油門將使司機(jī) s操作負(fù)擔(dān)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(jīng)常熄火，尤其是上坡操作不當(dāng)，可能會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱。
3）手動(dòng)變速器是純機(jī)械結(jié)構(gòu)，增加檔位必然導(dǎo)致體積和質(zhì)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(dòng)變速器可以隨著技術(shù)的提高壓縮體積，進(jìn)而達(dá)到在不增加體積的情況下增加檔位的優(yōu)勢。
分類結(jié)構(gòu)
手動(dòng)變速器由變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成、變速器殼體、操縱機(jī)構(gòu)組成。變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以根據(jù)前進(jìn)擋的數(shù)量或軸的形式來分類。根據(jù)前進(jìn)檔的多少可以分為三檔、四檔、五檔、多檔變速器；根據(jù)軸的形式，可分為固定軸式（齒輪的旋轉(zhuǎn)軸是固定的）和旋轉(zhuǎn)軸式（齒輪的旋轉(zhuǎn)軸也在旋轉(zhuǎn)，如行星齒輪傳動(dòng)）其中，定軸式手動(dòng)變速器根據(jù)軸數(shù)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(dòng)變速器
兩軸手動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過離合器傳遞給變速器的第一軸（輸入軸），然后由兩個(gè)軸經(jīng)過齒輪變速（輸出軸）輸出給主減速器。
兩軸傳動(dòng)從輸入軸到輸出軸只用一對齒輪傳動(dòng)，倒檔傳動(dòng)路線只有一個(gè)中間齒輪，機(jī)械效率高，噪音低。但是因?yàn)椴豢赡苡兄睋酰宰罡邠醯臋C(jī)械效率低于直擋。這種結(jié)構(gòu)適用于發(fā)動(dòng)機(jī)的前部、前輪驅(qū)動(dòng)或后置發(fā)動(dòng)機(jī)、后輪驅(qū)動(dòng)汽車和微型、輕型貨車上。
中間軸式變速器
中間軸手動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)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(shè)置。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(dòng)力從第二軸輸出到驅(qū)動(dòng)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(dòng)力不必通過中間軸這時(shí)的檔位叫直接檔。直接齒輪由單軸驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)比具有最高的傳動(dòng)效率。這種結(jié)構(gòu)適用于發(fā)動(dòng)機(jī)的前部、后輪驅(qū)動(dòng)的汽車。
工作原理
基本變速原理
其實(shí)手動(dòng)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(gè)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(gè)5速變速箱的例子。
圖6 齒輪傳動(dòng)模型
下圖是一對相互嚙合的齒輪，I是驅(qū)動(dòng)軸（動(dòng)力輸入軸），Ⅱ是從動(dòng)軸（動(dòng)力輸出軸）讓 假設(shè)主動(dòng)軸齒輪的齒數(shù)是轉(zhuǎn)速和扭矩，從動(dòng)軸齒輪的齒數(shù)是轉(zhuǎn)速和扭矩
因?yàn)辇X輪連接是剛性的，所以主輪和從輪上嚙合點(diǎn)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(dòng)比。如果你不 t記住傳動(dòng)過程中的摩擦等功率損失，從動(dòng)齒輪獲得的功率等于主動(dòng)齒輪的功率，即有：可以拿到 結(jié)合這些公式，你可以得到下面的表達(dá)式。從這個(gè)公式可以看出，：如果主動(dòng)輪的齒數(shù)比從動(dòng)輪的齒數(shù)少，即從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速降低 ，那么扭矩關(guān)系表明從動(dòng)軸的扭矩增加，這就是減速和扭矩增加的作用；反之，如果驅(qū)動(dòng)輪的齒數(shù)比從動(dòng)輪的齒數(shù)多，從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速就會(huì)增加，扭矩就會(huì)減小。
在手動(dòng)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(gè)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(fā)動(dòng)機(jī)相連，軸和上齒輪是一個(gè)零件，叫做齒輪軸；軸和齒輪（紅色）叫做中間軸。它們一起旋轉(zhuǎn)。軸（綠色）旋轉(zhuǎn)通過嚙合齒輪帶動(dòng)中間軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，中間軸可以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力；軸（黃色）它是花鍵軸，是變速器的輸出軸動(dòng)力通過它輸出，現(xiàn)在汽車通過差速器驅(qū)動(dòng)。當(dāng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它會(huì)隨著花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
齒輪（藍(lán)色）它套在花鍵軸上，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，但車輛仍在行駛時(shí)，檔位（藍(lán)色）并且花鍵軸仍然隨著車輪旋轉(zhuǎn)。
齒輪（藍(lán)色）同時(shí)套筒可以在花鍵軸上自由左右滑動(dòng)與齒輪嚙合（藍(lán)色）
如果操作換檔手柄，使套筒和右齒輪穿過換檔撥叉（藍(lán)色）接合時(shí)，變速器將掛1檔，如下圖所示。
此時(shí)，輸入軸（綠色）驅(qū)動(dòng)中間軸，中間軸驅(qū)動(dòng)右齒輪（藍(lán)色）齒輪通過套筒與花鍵軸連接，將能量傳遞給驅(qū)動(dòng)橋。與此同時(shí)，左齒輪（藍(lán)色）它也在旋轉(zhuǎn)，但對花鍵軸沒有影響，因?yàn)樗鼪]有與套筒嚙合。
當(dāng)套筒在兩個(gè)齒輪之間時(shí)，變速箱處于空檔位置，兩個(gè)齒輪都在花鍵軸上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
輸出軸的轉(zhuǎn)速由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定、輸入軸齒輪齒數(shù)、中間軸上的齒輪齒數(shù)、齒輪（藍(lán)色）的齒數(shù)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(shí)現(xiàn)的。
變速桿通過三根連桿與三個(gè)撥叉連接
換檔桿中間有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)當(dāng)你左右移動(dòng)變速桿時(shí)，你實(shí)際上是在選擇不同的換檔撥叉（不同的套筒）前后移動(dòng)時(shí)，選擇不同的檔位（藍(lán)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(jìn)入嚙合并掛上齒輪。如果兩個(gè)檔位的輪齒不同步，就會(huì)被迫換擋，由于兩個(gè)檔位的速度差，必然會(huì)產(chǎn)生沖擊和噪音。這樣不僅換擋困難，還會(huì)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(fù)雜的操作，并在短時(shí)間內(nèi)快速準(zhǔn)確地完成。這很容易造成疲勞，即使是熟練的司機(jī)。因此，需要在傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上采取措施，保證換檔的平穩(wěn)性，簡化操作，減少駕駛員 的勞動(dòng)。同步器就是為了滿足這一要求而設(shè)計(jì)的。
同步器是在接合套換擋機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，除了接合套、花鍵轂、除了相應(yīng)齒輪上的嚙合齒圈之外，還增加了嚙合套和相應(yīng)嚙合齒圈的圓周速度，以快速達(dá)到并保持相同（同步）以及用于防止兩者在達(dá)到同步之前進(jìn)入接合以防止碰撞的機(jī)構(gòu)。
圖11 鎖環(huán)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(huán)慣性同步器。
它主要由接合套、同步鎖環(huán)等，其特點(diǎn)是依靠摩擦來實(shí)現(xiàn)同步。接合套、同步鎖環(huán)和要嚙合的齒輪的齒圈都被倒角（鎖止角）同步鎖環(huán)的內(nèi)錐面與齒圈的外錐面接觸嚙合產(chǎn)生摩擦。鎖緊角和錐面在設(shè)計(jì)中選擇得當(dāng)錐面的摩擦使待嚙合的齒套與齒圈快速同步，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生鎖定作用，防止齒輪在同步前嚙合。當(dāng)同步鎖環(huán)的內(nèi)錐面與待嚙合齒輪的齒圈的外錐面接觸時(shí)，齒圈的轉(zhuǎn)速和同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速在摩擦扭矩的作用下迅速相等，它們同步旋轉(zhuǎn)，使得齒圈相對于同步鎖環(huán)的轉(zhuǎn)速為零，慣性扭矩同時(shí)消失此時(shí)，在驅(qū)動(dòng)器施加給接合套的軸向力的推動(dòng)下，接合套與同步鎖環(huán)的齒圈嚙合，并進(jìn)一步與齒輪的齒圈嚙合，完成換擋過程。
控制機(jī)構(gòu)的工作原理
手動(dòng)變速器操縱機(jī)構(gòu)的作用是保證駕駛員能夠根據(jù)汽車的行駛狀態(tài)和使用條件，準(zhǔn)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(yuǎn)程控制。
大多數(shù)汽車采用直控式變速器操縱機(jī)構(gòu)，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(dòng)變速器蓋內(nèi)的換擋控制裝置進(jìn)行換擋，結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、操縱方便。
下圖為6速手動(dòng)變速器的操作機(jī)構(gòu)示意圖。
撥叉軸的兩端支撐在變速器蓋的相應(yīng)孔中并可軸向滑動(dòng)。所有撥叉和撥塊都彈性固定在相應(yīng)的撥叉軸上。第三和第四換檔撥叉的上端設(shè)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(dāng)變速器處于空檔時(shí)，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(shí)，變速桿可繞其中部的球形支點(diǎn)橫向擺動(dòng)，其下端推動(dòng)叉形變速桿繞換檔軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，使叉形變速桿下端的球頭對準(zhǔn)所選檔位對應(yīng)的換檔塊槽，然后變速桿縱向擺動(dòng)，帶動(dòng)換檔叉軸和換檔叉向前或向后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換檔。
操縱機(jī)構(gòu)要保證變速器能準(zhǔn)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(shè)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(dòng)換擋和自動(dòng)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(gè)深孔，自鎖鋼球1和自鎖彈簧2安裝在孔內(nèi)，孔位于撥叉軸6的正上方。每個(gè)撥叉軸面向鋼球的表面沿軸向設(shè)有三個(gè)凹槽，凹槽的深度小于鋼球的直徑。
當(dāng)中槽與鋼球?qū)?zhǔn)時(shí)，處于空檔位置，前或后槽與鋼球?qū)?zhǔn)時(shí)，處于某一工作檔位。當(dāng)凹槽面對鋼球時(shí)，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(yīng)的接合套或滑動(dòng)齒輪固定在空檔或某個(gè)工作檔位，不能自行接合或脫開。
當(dāng)需要換擋時(shí)，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(nèi)，使撥叉軸滑過鋼球，帶動(dòng)撥叉和相應(yīng)的換擋元件軸向移動(dòng)。當(dāng)換檔撥叉軸移動(dòng)到另一個(gè)凹槽與鋼珠對齊時(shí)，鋼珠又被壓入凹槽，變速器剛好換入某個(gè)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(lián)鎖裝置
互鎖裝置可以保證兩個(gè)齒輪不同時(shí)嚙合，以免同時(shí)嚙合的兩個(gè)齒輪因傳動(dòng)比不同而相互卡死，造成運(yùn)動(dòng)干涉甚至零件損壞。下圖是一輛車的聯(lián)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(dāng)處于空檔位置時(shí)，左右撥叉軸1、5正對著鋼球2、四處開有深度相當(dāng)于鋼球半徑的凹槽，中間撥叉軸左右開有凹槽，凹槽內(nèi)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(shí)才能移動(dòng)換檔撥叉軸。如果移動(dòng)并接合一個(gè)換檔撥叉軸，另外兩個(gè)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(dòng)。
3）倒檔鎖裝置
本發(fā)明能夠防止錯(cuò)誤的檔位換入倒檔，防止汽車前進(jìn)時(shí)造成巨大的沖擊和損壞零部件，防止汽車啟動(dòng)時(shí)因錯(cuò)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(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力和倒檔鎖銷的長度。當(dāng)駕駛員要掛倒檔時(shí)，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(dòng)倒檔鎖銷，使變速桿下端進(jìn)入倒檔撥塊的凹槽內(nèi)撥動(dòng)ⅰ、將撥叉軸換成倒檔，并退回到倒檔。
操縱機(jī)構(gòu)
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(zhuǎn)向柱上
檔位選擇
通常，第一檔被用作手動(dòng)列車的起動(dòng)檔。
在1檔后，根據(jù)車速或速度加檔或減檔
當(dāng)車速慢了很多又加速時(shí)，就要退至合適的檔位。
標(biāo)示'R'的區(qū)域?yàn)榈管嚈n。
簡單來說，前車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)升檔，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)降檔。速度因車而異
如何檢測
一、檢查所有前進(jìn)檔和倒檔。如果天氣寒冷，換入低檔時(shí)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(tǒng)、或者是變速器本身有問題。
二、檢查是否能正常掛檔。如果發(fā)現(xiàn)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(dòng)，可以隨意擺動(dòng)，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(dǎo)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(jìn)行拆解、排除的。
三、傳播也可能出現(xiàn)“亂檔”現(xiàn)象。如果變速桿可以 當(dāng)汽車啟動(dòng)時(shí)，不能掛入要求的檔位，否則它會(huì)掛不上掛檔后不能回到空檔等。這表明變速器的操作機(jī)構(gòu)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(cuò)位，就會(huì)掛到其他檔位，可能是變速桿下端工作面磨損嚴(yán)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(yán)重，導(dǎo)致軸承松動(dòng)或軸向間隙過大。這就需要專業(yè)的維修人員來拆卸變速器，檢查齒輪的嚙合情況。如果發(fā)現(xiàn)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(shí)，潤滑油過多或排氣孔不通暢也會(huì)造成漏油。
五、如果發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)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。