你不知道的手动变速箱:变速杆下的奥秘
●传输功能
一般来说，变速器是能够改变汽车发动机的转速、扭矩和动力方向，并将驱动力传递给传动系统的装置。
-改变传动比。
一般来说，汽车发动机是通过燃烧燃油来获得动力的，在发动机的整个转速范围内，其输出扭矩和功率总是在变化的。从车辆对驱动力的需求来看，单纯依靠发动机产生的扭矩是无法满足车辆行驶时将面临的各种复杂路况的。比如起步或爬坡时，变速箱的低档可以在低速时提高发动机转速，输出更大的扭矩。当车辆高速巡航时，通过变速器的高挡位降低发动机的转速和扭矩输出，从而降低油耗。由于现代发动机的特性不完善，变速器应运而生。变速箱在不同工况下采用不同的传动比，使车辆和发动机在各种工况下都能发挥最佳的动力性能。
-提供倒档。
一台发动机在设计之初就决定了曲轴的旋转方向，所以只能依靠变速箱来倒车，而这个任务可以通过外啮合齿轮的倒车特性轻松完成。
★为什么会有换到倒档的特殊动作？
大家学车都用过手动变速箱，也有朋友爱用。相信大家对手动变速箱的熟悉程度不亚于左右手。不知道大家有没有考虑到，有些手动变速箱在倒车的时候会有一个特殊的动作，或者你要按住变速杆上的一个按钮，或者你要稍微抬起变速杆。这是为什么呢？仅仅是为了帅气的动作，还是需要用一套非常复杂的部件将手动变速箱挂到倒档？其实原理很简单。看了下面这个叫倒档的锁止机构你就明白了。
●反向锁定机构
为了防止车辆前进时误挂倒档，对变速器档位造成较大冲击，损坏零件，通常在手动变速器上设计倒档锁止机构。当换档杆置于极限位置时，锁止机构中的挡块会被挡板挡住，使倒档无法接通。此时，只有按下倒档按钮，挡块才能在挡板上继续移动，从而挂入倒档。
下面的视频生动地展示了反向锁定机构的工作原理。它依靠安装在变速杆下方的挡板，挡板与挡块配合，防止齿轮错位。
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●双轴和三轴手动变速器
手动变速器的基本结构包括动力输入轴和输出轴，加上组成变速器的齿轮，是手动变速器最基本的部件。输入轴与离合器连接，离合器传递的动力通过输入轴直接传递给齿轮组。齿轮组由不同直径的齿轮组成，不同的齿轮组合产生不同的传动比。正常行驶中换挡意味着改变传动比。输入轴的动力在齿轮之间传递，再由输出轴传递给车轮，这就是手动变速器的基本工作原理。
手动变速器如果按照档位的传动方式分类，目前常见的有两种:两轴式和三轴式。
-双轴型
顾名思义，两轴手动变速器只有两根轴，即输入轴和输出轴。它具有结构简单、体积小的优点。同时中挡传动效率高，噪音低，更适合前置发动机前轮驱动的普通车辆。也是目前应用最广泛的汽车传动形式。
“两轴5速手动变速器最常见的解剖图”
-三轴型
三轴手动变速器除了输入轴和输出轴，还有一个中间轴，主要用来固定各种档位的变速器档位。由于三轴变速器的每个齿轮由两对齿轮驱动，因此输入轴和输出轴的旋转方向是相同的。这种变速器通常更适合前置发动机后轮驱动的车辆。
●工作原理
接下来我们就通过一个简单的模型告诉你手动变速箱换挡的工作原理。下图是一个3轴2速变速器的简单结构模型。
输入轴通过离合器与发动机相连，输入轴与上档为一体。红色齿轮轴叫中间轴，中间轴上的三个齿轮也是和轴固定在一起的。黄色的是输出轴，动力最终通过输出轴传递给车轮。上面两个齿轮通过滚针轴承与输出轴连接，滚针轴承可以在输出轴上自由转动。输出轴上的套筒通过花键安装在输出轴上，可以随输出轴转动。
其实手动挡的换挡原理并不深刻。你可以看到，动力从输入轴传递到中间轴，然后传递到输出轴上的两个齿轮。但由于两个蓝色齿轮与输出轴没有刚性连接，此时处于空转状态，相当于空转齿轮。当输出轴上的套筒与右边的蓝色齿轮连接时，动力最终会通过套筒传递到输出轴上。同时，左侧蓝色齿轮由于没有与套筒结合而自由转动。所谓换挡，其实就是套筒和哪个挡位的组合，组合也决定了此时的传动比。
传统5速手动变速箱的换挡原理是一样的，只是变速箱内增加了套筒和齿轮组的数量，使其拥有更多的档位。倒档是通过在中间轴和输出轴之间增加一个齿轮实现的。由于增加了一个啮合齿轮，倒档齿轮将总是与其他齿轮反向旋转。这种齿轮也称为惰轮，因为它只改变齿轮的旋转方向。
对于两轴手动变速箱，其工作原理与三轴手动变速箱类似。还要看套筒选择两边自由转动的齿轮组合。结合后，动力可以通过套筒传递到输出轴。
出色换档感觉的秘密
●传动齿轮类型
“螺旋齿轮的设计广泛应用于民用手动变速器”
普通民用车辆使用的手动变速器的内啮合齿轮基本上是斜齿圆柱齿轮。这种齿轮的齿与齿轮的轴线形成一定的角度。这种齿形可以使齿逐渐啮合而不是突然全部啮合，因此啮合运行时的噪音也较小。同时也有缺点:由于螺旋齿，啮合时会产生轴向推力，需要特殊的轴承来承受这种轴向载荷。此外，由于更大的啮合面积，齿轮磨损实际上增加了。
另一种是直齿轮，主要用于赛车的手动变速箱。这种齿面完全接触的形式增加了齿轮的强度，但在齿轮啮合时也会产生噪音。同时，由于其传动效率高，可以使车辆在车轮上获得更大的动力，因此也广泛应用于赛车传动领域。普通民用变速箱的倒档通常采用直齿轮，这也是变速箱倒车时会发出较大声音的原因之一。
★为什么变速杆会抖？
每天打开收音机或者网站，总会看到很多车友问专家，自己的换挡杆在抖。原因是什么？车企连这种小事都做不好吗？这就是手动变速器换挡机构的原因。
●换档机构
变速箱的换挡机构用于执行驾驶员的换挡操作，其好坏也直接关系到操作的舒适性。目前主要分为推杆式和拉线式。
-推杆式
如图所示，连接推杆的换挡控制方式比较简单直接，但是有一个很大的问题，就是在操作时变速器的震动会传递到换挡杆上，所以人在操作这个震动杆的时候自然会感觉不舒服。现在你明白为什么变速杆在抖了。
——拉索类型
拉链换档机构，也称为软轴机构，使用两根拉线来完成换档动作。这种结构设计可以更好地抑制来自变速器的振动，也是目前应用最广泛的换挡机构。
下面的视频展示了软轴手动变速器换挡机构的工作原理，通过一个选挡拉链和一个换挡拉链完成换挡动作。
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●同步器
为了平稳换档，换档前后两个主动齿轮的转速必须相同。就算不一样，至少速度应该差不多。但由于换挡前后两组的传动比不同，所以在行驶过程中不可能保持相同的速度。如果没有同步器，驾驶员可以使用一脚油两脚离合的档位模式来平衡两个档位之间的速度，这也是为什么所有没有同步器的手动挡车型在换挡时都需要使用两脚离合的原因。
对于带同步器换挡的变速器，换挡是否平顺很大程度上取决于同步器的好坏。同步器，说白了就是套在组合套和齿轮组上的摩擦片。与普通摩擦片不同，它的摩擦面是圆锥形的。这套摩擦片的作用是在圆盘的直齿和竖齿接触前提前摩擦，将高速方的能量传递给低速方，使低速方提高速度，实现与高速方的速度同步。这样既能保证正常换挡，又能起到缓冲作用。锥形摩擦片的数量和材料直接影响同步器的性能。经典的大众MQ200手动变速器的同步器有三组锥形摩擦片，这也有助于其出色的换档感觉。
了解了手动挡的大致结构后，我们再来看看它的优缺点。优势显而易见。它结构简单，性能可靠，制造和维护成本低，传动效率高。此外，由于是纯机械控制，换挡响应快，最能直接表达驾驶员的驾驶意愿，驾驶更有乐趣。但与自动挡相比，其操作相对复杂。如果操作不熟练，换挡时往往会有明显的顿挫感。
那么，一台优秀的手动挡有什么特点呢？首先，变速箱必须有良好的换挡感，清晰明确的档位，合理的横向和纵向行程，较低的挡位进入阻力和吸合感。此外，更重要的是合理安排档位之间的传动比，因为档位之间的传动比分配直接影响到车辆行驶过程中动力连接的平顺度，这通常要求低档时加速强劲，高档时省油。
总结:如今，随着国内各大城市交通日益拥堵，在走走停停的堵车状态下，手动换挡操作的弊端更加突出。所以目前在国内汽车市场，手动挡车型的市场正在被各种自动挡车型蚕食，而在汽车工业高度发达的欧洲，手动挡车型仍然占据着较大的市场份额。这说明在很多追求纯粹驾驶乐趣的人眼里，离合器、油门、变速杆之间微妙的协调快感是自动变速器无法替代的。
@2019