变速器传动比


我们知道,汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态,此时发出的功率比较大,燃油经济性也比较好。因此,我们希望发动机总是在最好的状态下工作。但是,汽车在使用的时候需要有不同的速度,这样就产生了矛盾。这个矛盾要通过变速器来解决。

汽车变速器的作用用一句话概括,就叫做变速变扭,即增速减扭或减速增扭。为什么减速可以增扭,而增速又要减扭呢?设发动机输出的功率不变,功率可以表示为 N = wT,其中w是转动的角速度,T是扭距。当N固定的时候,w与T是成反比的。所以增速必减扭,减速必增扭。汽车变速器齿轮传动就根据变速变扭的原理,分成各个档位对应不同的传动比,以适应不同的运行状况。

一般的手动变速器内设置输入轴、中间轴和输出轴,又称三轴式,另外还有倒档轴。三轴式是变速器的主体结构,输入轴的转速也就是发动机的转速,输出轴转速则是中间轴与输出轴之间不同齿轮啮合所产生的转速。不同的齿轮啮合就有不同的传动比,也就有了不同的转速。例如郑州日产ZN6481W2G型SUV车手动变速器,它的传动比分别是:1档3.704:1;2档2.202:1;3档1.414:1;4档1:1;5档(超速档)0.802:1。

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当汽车启动司机选择1档时,拨叉将1/2档同步器向后接合1档齿轮并将它锁定输出轴上,动力经输入轴、中间轴和输出轴上的1档齿轮,1档齿轮带动输出轴,输出轴将动力传递到传动轴上(红色箭头)。典型1档变速齿轮传动比是3:1,也就是说输入轴转3圈,输出轴转1圈。

当汽车增速司机选择2档时,拨叉将1/2档同步器与1档分离后接合2档齿轮并锁定输出轴上,动力传递路线相似,所不同的是输出轴上的1档齿轮换成2档齿轮带动输出轴。典型2档变速齿轮传动比是2.2:1,输入轴转2.2圈,输出轴转1圈,比1档转速增加,扭矩降低。

当汽车加油增速司机选择3档时,拨叉使1/2档同步器回到空档位置,又使3/4档同步器移动直至将3档齿轮锁定在输出轴上,使动力可以从轴入轴—中间轴—输出轴上的3档变速齿轮,通过3档变速齿轮带动输出轴。典型3档传动比是1.7:1,输入轴转1.7圈,输出轴转1圈,是进一步的增速。

当汽车加油增速司机选择4档时,拨叉将3/4档同步器脱离3档齿轮直接与输入轴主动齿轮接合,动力直接从输入轴传递到输出轴,此时传动比1:1,即输出轴与输入轴转速一样。由于动力不经中间轴,又称直接档,该档传动比的传动效率最高。汽车多数运行时间都用直接档以达到最好的燃油经济性。

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换档时要先进入空档,变速器处于空档时变速齿轮没有锁定在输出轴上,它们不能带动输出轴转动,没有动力输出。

一般汽车手动变速器传动比主要分上述1-4档,通常设计者首先确定最低(1档)与最高(4档)传动比后,中间各档传动比一般按等比级数分配。另外,还有倒档和超速档,超速档又称为5档。

当汽车要加速超过同向汽车时司机选择5档,典型5档传动比是0.87:1,也就是用大齿轮带动小齿轮,当主动齿轮转0.87圈时,被动齿轮已经转完1圈了。

倒档时输出轴要向相反方向旋转。如果一对齿轮啮合时大家反向旋转,中间加上一个齿轮就会变成同向旋转。利用这个原理,倒档就要添加一个齿轮做“媒介”,将轴的转动方向调转,因此就有了一根倒档轴。倒档轴独立装在变速器壳内,与中间轴平行,当轴上齿轮分别与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合时,输出轴转向会相反。

通常倒档用的同步器也控制5档的接合,所以5档与倒档位置是在同一侧的。由于有中间齿轮,一般变速器倒档传动比大于1档传动比,增扭大,有些汽车遇到陡坡用前进档上不去就用倒档开上去。

从驾驶平顺性考虑,变速器档位越多越好,档位多相邻档间的传动比的比值变化小,换档容易而且平顺。但档位多的缺点就是变速器构造复杂,体积大,现在轻型汽车变速器一般是4-5档。同时,变速器传动比都不是整数,而是都带小数点的,这是因为啮合齿轮的齿数不是整倍数所致,两齿轮齿数是整倍数就会导致两齿轮啮合面磨损不均匀,使得轮齿表面质量产生较大的差异。

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车汇通
2002年8月16日

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