汽车底盘变速器工作原理概述

变速器内部是靠不同的齿轮组合来获得不同的传动比的，那么，齿轮有几种形式，各有什么特点，我们先来学习一下。

齿轮最基本的形式是在圆柱体上加工出能够彼此啮合的牙状凸起。齿轮最简单的形式就是直齿轮，顾名思义直齿轮的齿面沿直线切出，轮齿与齿轮轴线平行，如图2-25所示。齿宽更大或希望啮合更平稳的齿轮在轮齿加工时通常都与其轴线呈一定角度，这就是斜齿轮的由来，如图2-26所示。由于轮齿与齿轮轴线呈一定角度，斜齿轮的轮齿在相互啮合时更为渐进，因此，斜齿轮在工作时要比直齿轮平稳、安静得多。正是因为这个原因，斜齿轮在汽车和摩托车的变速器上得到广泛应用。

图2-25 直齿传动

图2-26 斜齿传动

注：想一想，为什么汽车在倒档时，从变速器内传出的噪声比前进档时大？

普通斜齿轮式手动变速器也叫定轴式变速器，它通过大小不同的齿轮组合来获得不同的传动比，其传动比的变化不是连续的而是分级变速。驾驶人通过变速杆来操纵换档拨叉机构，选择不同档位的传动齿轮来进行变速、变矩和改变旋转方向。

1.变速、变矩原理

普通斜齿轮式手动变速器是利用不同齿数的齿轮啮合传动来实现转矩和转速的改变的。

一对齿数不同的齿轮啮合传动可以实现变速，而且两齿轮的转速比与其齿数成反比。设主动齿轮的转速为n₁，齿数为Z₁，从动齿轮的转速为n₂，齿数为Z₂。主动齿轮（即输入轴）的转速与从动齿轮（即输出轴）的转速之比值称为传动比，用字母i表示，即：

i=n₁/n₂=Z₂/Z₁

如图2-27所示，例如，两个齿数分别为20和10的齿轮相啮合，20齿的齿轮每旋转一圈，10齿的齿轮就会旋转两圈。我们在此称输入动力的20齿的齿轮为主动齿轮。主动齿轮和从动齿轮上的每一个轮齿一一啮合。由于主动齿轮有20个轮齿而从动齿轮只有10个，因此，主动齿轮每转一圈，从动齿轮将会旋转两圈。由上式可知传动比的计算方法是从动齿轮齿数和主动齿轮齿数的比值。在这里，传动比i=从动齿轮齿数/主动齿轮齿数=10/20=1∶2。传动比通常只是一个单纯用来表述主动齿轮需要转多少圈，从动齿轮才能转1圈的量。这个示例的传动比为1∶2，即0.5∶1，也就是说主动齿轮每转半圈，从动齿轮就会转1圈，此过程称为齿轮加速传动。

如图2-28所示，齿轮减速传动的原理与之相同，只需将上述的主、从动齿轮对掉即可，主动齿轮变为齿数较少的齿轮，从动齿轮变为齿数较多的齿轮，现在主动齿轮每转一圈，从动齿轮只旋转半圈。于是，传动比i=20/10，即2∶1，此过程称为齿轮减速传动。这就是齿轮传动的变速原理。

图2-27 齿轮加速传动

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图2-28 齿轮减速传动

一对齿轮传动只能得到一个固定的传动比，从而得到一种输出转速，并构成一个档位。为了扩大变速器输出转速的变化范围，变速器通常都采用多组大小不同的齿轮啮合传动，这样就构成了多个不同的档位，对应不同的档位，均有不同的传动比值，从而得到各种不同的输出转速。

一般轿车通常有4～6个前进档和1个倒档，每个前进档对应一个传动比。所谓几档变速器是指其前进档数。变速器传动比小的档位称为高档；传动比大的档位称为低档。变速器每次只能以一个档位工作。档位的改变称为换档，由低档向高档变换称为加档，而由高档变换成低档称为减档。

根据齿轮传动的原理，齿轮传动的转矩与其转速成反比。由此可知，斜齿轮式变速器在改变转速的同时，也改变了输出转矩。档位越低，传动比越大，输出转速越低，则输出转矩越大；反之，档位越高，传动比越小，输出转速越高，则输出转矩越小。汽车变速器就是通过变换各档的传动比来改变输出转速和转矩，以适应汽车行驶条件的变化。

2.变向原理

齿轮传动的旋转方向与齿轮的啮合方式和啮合个数有关，普通斜齿轮式手动变速器采用的是外啮合齿轮传动，其两个齿轮传动时的旋转方向相反。因此，只要改变外啮合齿轮的个数，就可以在不改变发动机曲轴旋转方向的条件下实现汽车的前进或倒退，如图2-29和图2-30所示。

图2-29 前进档

图2-30 倒档

注：通过前面的讲述，我们知道了2个齿轮啮合时传动比的计算方法。那么，变速器在倒档时是3个齿轮啮合传动，其传动比如何计算呢？我们以图2-31为例进行说明。3个齿轮的齿数依次为10、20和30，第1个齿轮到第2个齿轮间的传动比为2∶1，即转速降低了一半。第2个齿轮到第3个齿轮间的传动比为3∶2，因此，这个倒档的总传动比为（2/1）×（3/2）=2×1.5=3，也就是说，主动齿轮旋转3圈，从动齿轮才能旋转1圈。

图2-31 倒档传动比的计算

3.切断动力原理

在汽车行驶的过程中，变速器传递动力时都是在齿轮啮合的状态下进行的，因此，要切断动力就只要将原先啮合的齿轮退出啮合状态，即可实现切断动力传递的目的。