變速器就是一種聰明的機(jī)械閉鎖機(jī)構(gòu)，它可以按照不同的齒輪比例來降低輸出轉(zhuǎn)速，增大扭轉(zhuǎn)力矩，而力矩又通過齒輪與齒輪的傳遞讓汽車跑得更快，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)更省力，這就是變速器存在的意義。
齒輪的秘密
變速器的構(gòu)成其實(shí)看上去很簡單，無非就是一堆齒輪和一組撥叉，這幾乎也是所有手動(dòng)變速器的構(gòu)成部件。但是齒輪看起來小巧而簡單，實(shí)際上也有大學(xué)問。一般來說，變速器里的齒輪可分為直齒輪和斜齒輪兩種。由于斜齒輪具有一定的角度，更容易分級(jí)掛擋，并且切換擋位時(shí)比直齒輪更為平順安靜，所以在汽車上基本都采用斜齒輪式變速箱。此外，斜齒輪還具有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是利于改變嚙合齒輪的運(yùn)動(dòng)方向，因?yàn)樗凝X輪角度為45°，那么當(dāng)兩個(gè)同樣結(jié)構(gòu)的斜齒輪嚙合時(shí)，便可以很輕松的垂直咬合在一起。
弄清楚了齒輪問題，我們繼續(xù)深入
在汽車的變速器中，各級(jí)齒輪間的齒比由齒輪的齒數(shù)決定。例如相互嚙合的兩個(gè)齒輪齒數(shù)分別為20個(gè)和10個(gè)，那么前者輸入端轉(zhuǎn)一圈就會(huì)帶動(dòng)后者輸出端轉(zhuǎn)兩圈，變速比即為2:1。實(shí)際上這也就達(dá)到了通常意義上所說的加擋的目的了——大齒輪帶動(dòng)小齒輪，就是一組高速擋位。同理，減擋時(shí)就是將力傳遞端給齒數(shù)相對較多的齒輪，假設(shè)輸入端齒輪仍為20個(gè)，而輸出端變?yōu)?5個(gè)，這么一來，齒比則變?yōu)榱?.33:1，力矩增大，爬上坡會(huì)更有勁。
如果把幾組不同規(guī)格(齒數(shù))的齒輪組合在一起，便可以構(gòu)建一個(gè)變速機(jī)構(gòu)來快速地升降擋了。這樣一來，假設(shè)一套齒輪機(jī)構(gòu)輸入端齒輪為20齒，二級(jí)齒輪為40齒，輸出端齒輪為50齒，第一級(jí)變速比為1:2，第二級(jí)為4:5，最終的變速比為兩級(jí)變速比之積，即2:5。以此類推，再多增加幾組齒輪，再弄清楚它們的齒數(shù)前提下，便能很輕松算出速比，知道變速器的能力范圍了。
變速的基本原理
值得注意的是，在汽車的變速器中不僅有常規(guī)的變速齒輪，幾乎所有車輛都還有一套差速齒輪(差速器)，它把守著汽車動(dòng)力傳遞到車輪這一最后關(guān)口，一般位于前橋或者后橋的中部位置，它的作用是產(chǎn)生終傳比。
差速器齒輪由一個(gè)輸入端小齒輪和一個(gè)大齒圈構(gòu)成，我們以一臺(tái)斯巴魯翼豹的5速手動(dòng)變速箱為例，假設(shè)它的終傳比為4.444:1，這也就是變速器輸出軸到車輪驅(qū)動(dòng)半軸的最終變速比。我們可以看到，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在3000rpm時(shí)，變速箱處于5擋，那么變速箱輸出軸的轉(zhuǎn)速就為4065rpm，通過終傳比為4.444:1的差速器，最后傳到驅(qū)動(dòng)半軸的轉(zhuǎn)速則為914rpm。不夸張地說，如果知道車輪尺寸，利用上面的比例關(guān)系公式，甚至可以計(jì)算出這款翼豹在發(fā)動(dòng)機(jī)某一轉(zhuǎn)速下的最高車速。又例如，已知翼豹的車輪尺寸為205/55R16，整個(gè)車輪的半徑r為258mm，那么車輪的周長就為2r乘以圓周率3.14，即1620.24mm。目前，已知推算出的變速箱5擋時(shí)輸出轉(zhuǎn)速為4065rpm，那么每分鐘行駛距離就用1620.24mm乘以4065rpm，即為6586275.6mm，換算成米即為6586.2756m，然后除以每小時(shí)60分鐘，最后得出4065rpm轉(zhuǎn)速下的車速為109.7km/h，也可以說是110km/h。當(dāng)然，我們只是理論計(jì)算，實(shí)際上翼豹在110km/h的車速下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大大低于4000rpm。
在普通變速箱的內(nèi)部構(gòu)造中，我們能看到不同規(guī)格的斜齒輪嚙合在一起。與前端離合器相連接的軸被稱為動(dòng)力輸出軸(發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸)，而在離合器之前則是直接與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連。一般緊挨著輸出軸的一側(cè)，就是變速箱的輸出軸(傳遞至差速器)，在這根軸上包括5個(gè)斜齒輪和前、中、后3套變速撥叉，一般的手動(dòng)變速器很容易識(shí)別，那么它又是如何工作的呢?
簡單說，就是當(dāng)離合器與飛輪結(jié)合在一起時(shí)，動(dòng)力輸出軸開始轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在動(dòng)力輸出軸上的斜齒輪也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，它們與變速器輸出軸上一系列可以繞其空轉(zhuǎn)的斜齒輪嚙合。此外，變速器的換擋撥叉可以帶動(dòng)一系列具有內(nèi)花鍵的接合套滑動(dòng)，接合套通過花鍵與輸出軸上的齒輪相連，這樣一來就可以撥動(dòng)齒輪達(dá)到切換擋位的目的。我們所講的原理，是通過理解之后的簡化產(chǎn)物，真正的變速器在換擋時(shí)其復(fù)雜程度并非如此。
