手动变速箱的原理是什么(手动变速箱自锁互锁原理动画)

手动变速器(简称MT)，又称为机械变速器，就是必须通过用手拨动变速器杆，才能改变变速器内部的齿轮啮合，改变传动比的变速器。

轿车变速器大多是五档有级式齿轮变速器，部分车型使用了六档变速器。

变速箱通过离合器与发动机相连，这样，变速箱的输入轴就可以和发动机达到同步转速

手动变速箱是有不同齿比的齿轮组构成的，它工作的基本原理就是通过切换不同的齿轮组，来实现齿比的变换。平常驾驶中的换挡也就是指换齿轮比。

齿轮变速变矩原理

接下来，让我们通过一个简单的模型来给大家讲讲，手动变速箱换挡的原理。下图是一个简易的3轴2挡变速箱的结构模型。

输入轴（绿色）也叫第一轴，通过离合器和发动机相连，轴和上面的齿轮是一个硬连接的部件。红色齿轮轴叫做中间轴。输入轴和中间轴的两个齿轮是处于常啮合状态的，因此当输入轴旋转时就会带动中间轴的旋转。黄色则是输出轴，它也叫第二轴，直接和驱动轴相连（只针对后轮驱动，前驱一般为两轴），再通过差速器来驱动汽车。

当车轮转动时同样会带着花键轴一起转动，此时，轴上的蓝色齿轮可以在花键轴上发生相对自由转动。因此，在发动机停止，而车轮仍在转动时，蓝色齿轮和中间轴出在静止状态，而花键轴则随车轮转动。这个原理和自行车后轴的飞轮很相似。蓝色齿轮和花键轴是由套筒来连接的，套筒随着花键轴转动，但同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮。

说完这些，换挡的过程就很好理解了，当套筒和蓝色齿轮相连时，发动机的动力就会通过中间轴传递到输出轴上，在这同时，左边的蓝色齿轮也在自由旋转，但由于没有和套筒啮合，所以它不对花键轴产生影响。而如果套筒在两个蓝色齿轮之间时，变速箱在空挡位置，此时两个蓝色齿轮都在花键轴上自由转动，互不干涉。

手动变速器的速比

变速器的速比即变速器的输入轴与输出轴的转速比。

由于变速器具有降速增扭作用，一般来说，变速器的输入轴转速高于输出轴转速，即速比大于1。但是现在的发动机动力越来越大，为了提高汽车的经济性，在变速器上设置了超速档，使输入轴的转速低于输出轴的转速，即速比小于1。

现在的手动变速器大多数有五个或六个前进挡，一个倒挡。一般有几个前进挡就称为几档变速器。比如有五个前进挡就称为五档手动变速器，有六个前进挡就称为六档手动变速器。一般变速器的五档和六档都是超速档。

变速器的档位越低，速比越大，降速增扭作用越强，动力越强，在起步、加速、爬坡等需要强大动力的时候就要使用低档位；而变速器的档位越高，速比越小，降速增扭作用越不明显，动力较弱，在高速巡航等不需要太大动力的时候就要使用高速档，并且使用高速挡时由于发动机转速较低，发动机的油耗会降低，表现出良好的经济性。

上图是变速器的速比示意图，一般一档的速比最大，五档速比最小。当然，它的数据是不精确的，只是用来说明问题。一般说来，变速器的速比是按等比数列排列的，这样的变速器换档时更加的顺畅。

以下是大名鼎鼎的大众MQ200手动变速器和高尔夫6手动变速器的速比列表。

再来看看相同转速不同档位下的速度对比：

最后再来看各种速度下，不同档位时发动机的转速的不同。

根据这个图表，再结合发动机的外特性曲线，就可以找出变速器的最佳换档点。

一个传统的5速手动变速箱换挡的原理也是一样的，只是变速箱结构中增加了套筒和齿轮组的数目，使之拥有更多的挡位。

在换挡杆左右移动时，是在选择不同的换档叉；前后移动时则是选择不同的齿轮。

而倒挡则是通过在中间轴（红色）和输出轴（蓝色）之间增加一个齿轮来实现的。由于增加了一个啮合齿轮，因此倒挡的齿轮始终会朝其他齿轮相反的方向转动。这个齿轮由于只起到改变齿轮旋转方向的作用，因此也称为惰轮。

一般的手动变速箱的齿轮分为斜齿和直齿两种，两种齿形相比较，斜齿齿轮啮合面大，因此齿轮传动平稳，噪音低。直齿齿轮传动效率高，可以使车辆获得更强大的轮上功率。

关于换挡动作的控制形式

一般的手动变速箱，都是通过推杆连接或者是拉线来控制换挡的。推杆连接的换挡控制方式，更为直接但是传递的振动会很大；而拉线式的虽然没有振动，但是挡位显得不是很清晰。

同步器的作用

由于换挡的时候，想要顺利的换挡，换挡前后两组主动齿轮的转速就要保持一致，就算不一致，也至少保证速度相近，但是由于前后两组齿轮比是不同的，所以在行驶过程中是不可能出现这样的情况的，所以在换档时经常会发生齿轮冲撞的情况，产生很大的噪音和振动。

同步器的作用就是使变速器在换档时，主动齿轮和从动齿轮强制同步，使两个齿轮迅速结合在一起，避免噪音和振动。

同步器有常压式和惯性式两种，目前大部分同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，主要是依靠摩擦作用实现同步。

当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低(或升高)到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换档过程。

对于采用了同步器换挡的变速箱来说，换挡顺畅与否，很大程度需要取决于同步器优劣。比如大众经典的MQ200手动变速箱，使用了拥有三组锥面摩擦片的同步器，所以这台变速箱的入挡手感极佳。

一台优秀的手动变速箱需要具备哪些特点呢？

1、变速箱必须要拥有良好的挂挡手感，每个挡位清晰，拥有合理的横向和纵向行程，入挡的阻力小并带有吸入感。

2、各挡位之间的齿比排布必须合理。因为各个挡位间的传动比分布，直接影响车辆行进中动力衔接的畅顺性，通常要求低挡能有力加速，高挡能达致高速同时省油，且各挡间的距离要均匀，不然就会很容易造成换挡时窜车的情况。

3、经久耐用，故障率低。

手动变速箱的优缺点分析

优点

结构简单，性能可靠，制造和维护成本低廉，且传动效率高（理论上会更省油），另外，由于是纯机械控制，换挡反应快，且可以更直接的表现驾驶者的意愿，因此也更富驾驶乐趣，这些都是手动变速箱的优点

缺点

操作繁琐，挡位切换时顿挫明显。