手动变速器的工作原理
操作原理
基本变速原理
其实手动挡的原理并不难。首先说明单对齿轮的减速增矩原理，然后通过一个2速变速箱的简单模型说明变速器的换挡原理。最后给出了一个5速变速箱的例子。
下图显示了一对相互啮合的齿轮。I为主动轴(动力输入轴)，II为从动轴(动力输出轴)。假设主动轴齿轮齿数为Z1，转速为n1，扭矩为T1，从动轴齿轮齿数为Z2，转速为n2，扭矩为T2。
因为齿轮连接是刚性的，所以主、从轮上啮合点的线速度是相同的，即可以得到n1×Z1=n2×Z2，n1/n2=Z2/Z1。这个比值记为I，它的名字叫传动比。如果不考虑传动过程中的摩擦等功率损失，从动齿轮获得的功率等于主动齿轮的功率，即n1×T1=n2×T2，可得n1/n2=T2/T1，可得以下表达式。
I = n 1/N2 = Z2/z 1 = T2/t 1
从这个公式可以看出，如果主动轮的齿数小于从动轮的齿数，即Z1？& ltZ2，哪个是我？& gt1，则n 1 >；？N2，从动轴的可见速度？N2下降，然后看扭矩关系，你能得到T2？& gt？T1，从动轴可见扭矩T2？增加，这是减速和扭矩增加的作用；
反之，如果驱动轮的齿数比从动轮的齿数多，从动轴的转速就会增加，扭矩就会减小。
在手动变速器中，每对啮合的齿轮基本上都有减速增扭的作用(超速档除外)。
了解了单对齿轮的减速原理后，我们就可以看变速器的变速原理了。为了更好的理解变速箱的工作原理，我们先来看一个2速变速箱的简单模型(如下图所示)，看看各部分是如何配合的:
输入轴(绿色)通过离合器与发动机相连，轴和上齿轮是一个零件，称为齿轮轴；轴和齿轮(红色)被称为中间轴。它们一起旋转。轴的转动(绿色)通过啮合齿轮带动中间轴的转动，此时中间轴可以传递发动机的动力；轴(黄色)是花键轴，是变速器的输出轴。动力通过它输出，现在汽车通过差速器驱动。当车轮转动时，它与花键轴一起转动。
齿轮(蓝色)套在花键轴上，可以自由转动。当发动机停止，但车辆仍在运动时，齿轮(蓝色)和中间轴处于静止状态，而花键轴仍随车轮转动。
齿轮(蓝色)和花键轴由套筒连接，套筒可以随花键轴转动，并在花键轴上自由滑动，与齿轮(蓝色)啮合。
如果操纵换档手柄，套筒通过换档拨叉与右档(蓝色)啮合，变速器将啮合到1档，如下图所示。
此时输入轴(绿色)带动中间轴，中间轴带动右齿轮(蓝色)，右齿轮通过轴套与花键轴连接，将能量传递给驱动桥。同时，左齿轮(蓝色)也在转动，但由于没有与套筒啮合，对花键轴没有影响。
当套筒在两个齿轮之间时，变速箱处于空档位置，两个齿轮都在花键轴上自由转动。
输出轴的转速由发动机转速、输入轴的齿数、中间轴的齿数和齿数(蓝色)决定。
下图是五速变速器的示意图。换挡原理与上述2速变速器相同。值得注意的是，倒档是通过增加一个小齿轮(倒档中间齿轮)来实现的。
变速杆通过三根连杆与三个拨叉相连(如下图所示)。
换档杆中间有一个转动点。当你左右移动换挡杆的时候，你实际上是在选择不同的换挡拨叉(不同的套筒)。前后移动时，选择不同的档位(蓝色)。
同步器的工作原理
在换档过程中，所选档位上要啮合的一对齿轮的圆周速度必须相等(即同步)，才能使它们顺利啮合挂档。如果两个齿轮的轮齿不同步，齿轮被迫换挡，由于两个齿轮的速度差，必然会产生冲击和噪音。这样不仅换挡困难，还会影响轮齿的使用寿命，加重齿端磨损，甚至断齿。
为了使换挡顺畅，驾驶员要采取更复杂的操作，并在短时间内快速准确地完成。这很容易造成疲劳，即使是熟练的司机。因此要求在传动结构上采取措施，保证齿轮的平顺，简化操作，减轻驾驶员的劳动。同步器是为满足第二个要求而设计的。
同步器是在接合套的换挡机构的基础上发展起来的，其中除了相应齿轮上的接合套、花键毂和接合齿圈之外，还有一个使接合套和相应接合齿圈的圆周速度快速达到并保持相同(同步)的机构，以及一个防止它们在达到同步之前进入接合以防止冲击的机构。
同步器有常压式、惯性式和自增压式。目前广泛使用的是惯性同步器。下图显示了锁环惯性同步器。
它主要由连接套、同步锁紧环等组成。其特点是通过摩擦实现同步。接合套、同步锁环和待啮合齿轮的齿圈上有倒角(锁角)，同步锁环的内锥面与待啮合齿轮的齿圈的外锥面接触产生摩擦。在设计中已经适当地选择了锁定角度和锥形表面。锥面的摩擦使待啮合的齿套与齿圈快速同步，同时会产生锁紧作用，防止齿轮在同步前啮合。当同步锁环的内锥面与待啮合齿轮的齿圈的外锥面接触时，齿圈的转速和同步锁环的转速在摩擦扭矩的作用下迅速相等，两者同步旋转，因此齿圈相对于同步锁环的转速为零，惯性扭矩同时消失。此时，在驱动器施加给接合套的轴向力的推动下，接合套与同步锁环的齿圈啮合，并进一步与齿轮的齿圈啮合，完成换挡过程。
控制机构的工作原理
手动变速器操纵机构的作用是保证驾驶员能够根据汽车的行驶状态和使用条件，准确地将变速器挂入所需的档位。主要有两种:直接控制和远程控制。
大多数汽车采用直控式变速器操纵机构，其变速杆和所有换挡操纵装置都布置在变速器盖上，变速器布置在驾驶座附近。变速杆从驾驶室地板伸出，驾驶员可直接操作变速杆拨动变速器盖内的换挡操纵装置进行换挡，结构紧凑，操作简单方便。
下图为6速手动变速器的操作机构示意图。
拨叉轴的两端支撑在变速器盖的相应孔中，并可轴向滑动。所有拨叉和拨块都弹性固定在相应的拨叉轴上。第三和第四拨叉的上端设有拨块，第三和第四拨叉的顶部和所有拨块均设有凹槽。
当变速器处于空档时，凹槽在横向平面上对齐，叉形换档杆下端的球头伸入这些凹槽中。选择档位时，变速杆可绕其中部的球形支点横向摆动，其下端推动叉形变速杆绕换档轴的轴线转动，使叉形变速杆下端的球头对准所选档位对应的换档块槽，然后变速杆纵向摆动，带动换档叉轴和换档叉向前或向后移动，实现换档。
操纵机构应保证变速器能准确地挂入选定的档位，并能在选定的档位可靠地工作，因此设有自锁装置、互锁装置和倒档锁定装置。
(1)自锁装置
自锁装置可以防止自动换挡和自动换挡，保证所有档位的传动齿轮全齿长啮合。下图是一辆车的自锁装置。
变速器盖前端的凸部钻有三个深孔，孔内装有自锁钢球1和自锁弹簧2，孔位于叉轴6的正上方。每个拨叉轴面向钢球的表面沿轴向设有三个凹槽，凹槽的深度小于钢球的直径。
中间的凹槽对准钢球时处于空档位置，前面或后面的凹槽对准钢球时处于某个工作档位。当凹槽面对钢球时，钢球在自锁弹簧的压力下嵌入凹槽中。拨叉轴的轴向位置是固定的，其拨叉和相应的接合套或滑动齿轮固定在空档或某个工作档位，不能自行换挡或换档。
当需要换挡时，驾驶员通过变速杆向拨叉轴施加一定的轴向力，克服弹簧的压力，自锁钢球被挤出拨叉轴的凹槽，推回孔内，使拨叉轴滑过钢球，带动拨叉和相应的换挡元件轴向移动。当换档拨叉轴移动到另一个凹槽与钢珠对齐时，钢珠又被压入凹槽，变速器刚好换入某个工作档位或退到空档。相邻凹槽之间的距离确保齿轮处于全齿长啮合或完全脱离啮合。
(2)联锁装置
互锁装置可以保证两个齿轮不同时啮合，避免同时啮合的两个齿轮因传动比不同而相互卡死，造成运动干涉，甚至损坏零件。下图是一辆车的联锁装置。
联锁销6安装在中间叉轴3的孔中，其长度等于叉轴的直径减去联锁钢球的半径；互锁钢球2和4安装在变速器盖的横向孔中。
在空档位置，左右叉轴1，5与钢球2，4相对，中间叉轴在左右两侧设有凹槽，凹槽中设有用于锁定销6的孔。
该互锁装置可确保驾驶员仅在变速器处于空档位置时才能移动换档拨叉轴。如果移动一个拨叉轴挂档，另外两个拨叉轴被互锁装置固定在空档位置，不能再轴向移动。
(3)反向锁定装置
本发明可以防止错误的档位换入倒档，防止汽车前进时造成巨大的冲击和损坏零部件，防止错误的档位换入倒档造成汽车启动时的安全事故。
倒档锁止装置的作用是让驾驶员挂上倒档，在换入倒档之前需要在变速杆上施加较大的力，如下图所示。
倒档锁销1的杆上装有倒档锁弹簧2，倒档锁销右端的螺母可以调节弹簧的预紧力和倒档锁销的长度。当驾驶员要挂倒档时，必须用较大的力使变速杆下端压缩倒档弹簧，然后向右推动倒档锁销，使变速杆下端进入倒档拨块的凹槽内，从而拨动I、倒档拨叉轴，退入倒档。