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150811_手排变速箱

 EasyBot 2015-12-25

考验自己一下,可认得上图是什么吗?这里介绍一下上图照片里是什么,上图是序列式变速箱,它常会出现在F1赛车或是超级跑车的介绍词当中,其排档有如上图中上方处所示之小图照,其中有个上有减号下有加号的指标,其意思是将排档杆向后拉动一下升一个档,向前推一下则降一个档位,这和我们在转播赛车比赛中,常常看到选手只是前推或后拉排档杆就完成了换档的动作,在效率上较传统手动变速箱大幅度提高。因此,驾驶这种具有序列式变速箱的车款,当1档车子加油起步后,如需加档,快速轻抬油门,同时拉一下排挡杆就进2档了,并继续踩油门加速前进,相同方法进3档,4档,5档,省去了手动变速器复杂的操作步骤,而且由于受档位顺序升降的限制,序列式变速箱不会由于驾驶员的误操作而挂错档位,这一点在赛车上尤为重要。不过,纯机械的序列式变速箱仍然需要操作离合器,于是,随着电子技术的不断演进,人们开始在让序列式变速箱变得越来越自动化,通过电液机构或伺服电机来控制离合器,并且使用伺服电机直接驱动换档鼓,这样使得驾驶者只需要轻轻地前后推动排挡杆,变速箱便能够自动执行换档。这里不会实作序列式变速箱,也不可能用积木做出这种高档机器,而是为了提高一下视野增广见闻,之外,我们还是回归基本面,用积木做出一套三段手排变速箱。至于序列式变速箱的秘籍功夫,将留到本博文末尾处介绍。

下图是这本次用积木做出一套简易式三段式手排变速箱,动力输入是前下方的灰色曲柄手摇把,它会转动固接的灰色大齿轮,然后经链条传递运动给变速箱的输入轴,输入轴是固定挂多个中齿,输入轴上头的则是变换轴,挂了不同齿数与大小的变换齿轮,而变换轴前面则是输出轴,它也挂了不同齿数与大小的档齿,不同档齿就是不同齿比的齿轮,以便在输出轴产生不同的转速值,至于输出轴的输出端就是固接一个薄连杆并视作扇叶。为了让大中小不同尺寸齿轮能适应狭小空间,在变速箱左半边规划为齿轮组区,右半边为排档区。排档区顶部有个弧状杆,是当作排挡杆之用,变换档位是从左向右拨动排挡杆,由手排一档切换至三档再切换到二档,这是由于要在狭小空间里设计出三段变速的特殊设计。下图是排挡杆切到最左边,此时是属手排一档,则小齿轮传动到大齿轮转速减慢,使得输出扇叶转速减慢,比用手转动曲柄的转速还慢。

三段式手排变速箱手排一档小齿轮传动到大齿轮转速减慢 
三段式手排变速箱手排三档大齿轮传动到小齿轮转速加快

上图是将排挡杆从最左边向右拨动一点,让新组合的档齿与变换齿轮啮合在一起,就形成手排三档,此时,大齿轮传动到小齿轮转速加快,使得输出扇叶转速加快,比用手转动曲柄的转速快上许多。如果再排挡杆从最左边向右拨动一点,让新组合的档齿与变换齿轮啮合在一起,就形成手排二档,此时,中齿轮传动到中齿轮转速不变,也就是说,扇叶输出转速与用手转动曲柄的转速是差不多的,正如下图所示那样。又,由于齿牙过密,当齿轮在低速运转时,切换檔位都很紧,特别是要入档的时候很难很卡,偶尔还会听到齿轮撞击声,若略加提高转速,根本不能切换檔位,用手转动曲柄时都无法切换档齿,必须要停下来,才能进行手排换档动作,这在实务实验上发生类似高尔夫球会快速绕跳洞口现象是成立了,至于有关球快会绕跳洞口这方面的?介绍,请参阅本系列博文【另类手排】里的相关说明。

三段式手排变速箱手排二档中齿轮传动到中齿轮转速不变
序列式变速箱之换挡鼓示意图

实际上,纯机械的序列式变速箱仍是一台手动变速箱,只不过它将换档的机构做了优化,让一切变得更加高效了。虽然纯机械的序列式变速箱仍然需要操作离合器,但是它有独特的换档鼓设计,如右图所示正是序列式变速箱之换档鼓示意图,这就是优化手排换档的秘密所在。为了提高变速器换档速度和牢靠程度,设计师采用了一个换档鼓,换档鼓的前端带有锥齿,用排挡杆来驱动换档鼓的旋转,在换档转换鼓的外圆柱体表面上有数条特殊曲线沟槽,分别控制在槽内的几个拨叉。传统手动变速箱在换档时,实际上要经历①离合器分离②拨叉移动同步器分离(摘档)③选择拨叉(选档)④拨叉移动同步器结合(入档)⑤离合器接合等这五步过程,序列式变速箱的优势就是使用换档鼓代替了传统的拨叉控制机构,按照档位顺序将所有拨叉的运动轨迹直接在换档鼓上开出沟槽,当换档鼓转动时,所有的拨叉就能够同时沿着沟槽移动,之前的五个步骤直接减少为三步:①离合器分离②换档(拨叉同时运动)③离合器结合,驾驶者的手部只需要用排挡杆驱动换档鼓旋转的动作即可。至于传统手动变速箱的介绍,请参阅本系列博文【另类手排】里的相关说明。

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