2.3　變速器

車輛在起步、爬坡及重負載時，需要較大驅動力，以免車輛因扭矩不夠而抖動，甚至熄火；而在平坦路面高速行駛時，則無須太大驅動力，反而要有較高轉速，以節省燃料；且必要時，車輛要能倒退。另外，變速器的各擋變速齒輪，可提高車輛的行駛性能，使發動機在最經濟、有效的情況下使用，且變速段分得越多，車輛的行駛性能越理想，但變速段分得太多，會導致行車操控不便，故各變速段間的齒輪減速比，應存在一定的關系，使行車操控方便。

綜上所述，變速器須具備下列的功能：

（1）增加減速比，以增大車輪扭矩。

（2）增加車輪的轉速，以節省燃料。

（3）改變車輪的轉動方向，以利倒車行駛。

（4）利用空擋的作用，切斷發動機與車輪間的動力。

2.3.1　齒　輪

齒輪可傳遞較大的扭矩，且可得確定的速度比，故廣泛應用在變速器等構件上。

一　齒輪的特性

（1）齒輪（見圖2-15）與齒輪之間的動力傳遞不會產生滑動，因而主動軸與從動軸的速度比可保持一定。

（2）可改變運動方向：當兩齒輪是外接時，兩齒輪轉動方向相反，但若在兩齒輪間加一惰輪，則轉動方向就會發生變化；而內接時，其轉動方向相同。

（3）可改變扭矩或轉速：當減速比大于1時，產生減速作用，即被動輪轉速變小、扭矩變大；當減速比小于1時，產生加速作用，即被動輪轉速變大、扭矩變小。

（4）齒輪與齒輪直接接觸傳動，所占空間較小，但兩軸間的距離不能相距太遠。

二　減速比

齒輪的作用如圖2-16所示。大齒輪A為主動輪，節圓半徑Ra（直徑Da），轉速Na，齒數ta，扭矩Ta；小齒輪B為被動輪，節圓半徑Rb（直徑Db），轉速Nb，齒數tb，扭矩Tb。

（1）大齒輪A的齒距為Pc，a=，小齒輪B的齒距為Pc，b=

因為兩齒輪的齒距相等（注：齒距為沿節圓上一齒的任意點到相鄰齒上對應點的弧線距離，如P1、P2。），所以

即=，兩齒輪的齒數與節圓直徑成正比。

（2）又兩齒輪接觸點上的切線速度（V）相等，所以，

即兩齒輪的轉速與節圓直徑成反比。

（3）若大齒輪A作用在小齒輪B的力為F，依據力矩原理可得

大齒輪A的扭矩為Ta=FRa；小齒輪B的扭矩為Tb=FRb。所以扭矩比==。

即兩齒輪的扭矩與節圓直徑成正比。故

即兩齒輪的扭矩與節圓直徑、齒數成正比，而與轉速成反比。

2.3.2　變速器種類

一　手動變速器種類

變速器有手動變速器與自動變速器兩大類。手動變速器可分滑動式、永久嚙合式與同步式等三大類，目前以同步式使用最為廣泛。

1　滑動式

滑動式手動變速器使用正齒輪，且換擋時須將齒輪前、后移動，因此長度較長（見圖2-17）；且因主軸齒輪的周邊線速度與副軸齒輪的周邊線速度并不相同，因而換擋時齒輪嚙合困難，必須使用離合器，才能順利換擋。因為換擋困難、齒輪磨損快與噪聲大等缺點，該類變速器已被淘汰。

2　永久嚙合式

永久嚙合式手動變速器采用斜齒輪，且副軸上各擋齒輪與主軸上各齒輪直接嚙合在一起（見圖2-18）；換擋時，移動齒輪接合套將換擋齒輪與齒輪接合套相接合，故可減少噪聲，延長使用壽命，但仍有用離合器來換擋及齒輪側推力較大的缺點。

3　同步式

同步式手動變速器是永久嚙合式手動變速器的改良（見圖2-19）。在齒輪接合套上裝等速調節裝置，稱為同步調速裝置，如此可使換擋容易而無噪聲，且不必使用離合器換擋，甚為方便，已為車輛廣泛使用。

二　自動變速器種類

自動變速器可分為機械式、液壓機械式與電子控制式等三大類。

1　機械式

機械式自動變速器包含了鋼帶及一組鋼帶盤（見圖2-20）。鋼帶溝深度受油壓控制，自靜止起步至最高速度時，產生無段式的變速，且沒有換擋的沖擊及能提供高度運轉性能。

2　液壓機械式

液壓機械式自動變速器由液體傳動部分（如液力變矩器）、機械齒輪變速機構（如行星齒輪組）及控制換擋動作的油壓控制系統等組成，如圖2-21所示（圖中PRND21是擋位置示）。

3　電子控制式

電子控制式自動變速器是目前自動變速器的通稱。一般自動變速器的變速操作都是由油壓控制的，而電子控制式自動變速器則以電子來控制油壓的操控部分，使變速反應迅速而靈敏，且變速模式可以增多，以提高車輛的加速性及經濟性。

頭腦風暴

◎變速器為何能夠增進扭力？

2.3.3　同步式變速器

同步式變速器一般有4個前進擋（1、2、3、4擋）及1個倒退擋，或另加一超速傳動擋，即形成5個前進擋及1個倒退擋。通常由變速器外殼、變速器延伸殼、離合器軸、主軸、副軸、各擋齒輪、同步器調速總成與變速操縱機構等組成，如圖2-22所示。

一　構件

1　變速器外殼

小型車的變速器外殼由鋁合金壓鑄而成，作為變速器的骨架，其上有加油及測量油面高度等裝置。

2　變速器延伸殼

用以安裝變速操縱機構、里程表驅動裝置及倒車燈開關等。

3　離合器軸

離合器軸是變速器的輸入軸（主動軸）。離合器軸上鑄有一主驅動齒輪，將球軸承安裝在變速器外殼上；其前端與飛輪（或曲軸）的向導軸承相浮接，以保持曲軸與離合器軸在同一中心線上，后端亦以向導軸承與主軸相浮接，以支撐主軸質量并保持兩軸在同一中心線上。

4　主軸

主軸是變速器動力輸出軸。軸上各齒輪依大小順序與副軸齒輪相嚙合，但在主軸上空轉。其同步器可在軸上左右移動，以作為換擋之用。

5　副軸

軸上各齒輪與軸制成一體（轉動），各齒輪的齒數不同，產生變速作用。

6　惰輪軸

軸上裝有一惰輪，作為倒擋改變動力的傳動方向。

7　同步器調速總成

同步器調速總成由同步中心齒轂、同步齒套、調速銅錐環、調速鍵等組成，并與主軸嚙合傳動。在換擋時，能自動調節欲嚙合的兩齒輪的速度，使周邊線速度相近，完成換擋動作。

8　變速操縱機構

變速操縱機構有直接操縱式與遙控操縱式兩種。由變速撥叉與變速撥叉軸傳遞變速桿的動作，并使同步機構的同步齒套做軸向移動，以進行換擋動作。

二　鍵式同步器調速總成

1　構造

鍵式同步器調速總成構造如圖2-23所示。

（1）同步中心齒轂。同步中心齒轂內、外皆有齒槽。內齒槽與主軸的槽齒相嚙合，外齒槽與同步齒套的內槽齒相嚙合，且其外齒轂上尚有3～4道鍵槽，以裝置調速鍵。

（2）同步齒套。同步齒套內槽齒與同步中心齒轂齒槽相嚙合，齒套上有槽溝，以安裝變速撥叉；換擋時，變速撥叉可使齒套在中心齒轂上左、右滑動。

（3）調速鍵。通常有3～4塊調速鍵安裝在同步中心齒轂的鍵槽上，并用2條環形鍵彈簧將調速鍵向外壓緊在同步齒套的凹槽上。換擋時，調速鍵擠壓調速銅錐環，使調速銅錐環與主軸齒輪產生調速作用。

（4）調速銅錐環。調速銅錐環內有錐狀細紋溝槽，外部并制有犬齒。換擋時，調速銅錐環受調速鍵擠壓，錐狀細紋溝槽與主軸錐體部相嚙合，由兩者摩擦產生調速作用，使主軸齒輪與調速銅錐環（同步器調速總成）的線速度相等，順利完成換擋動作。

2　調速作用

調速作用如圖2-24所示。下面以1擋換2擋為例進行說明。

（1）換擋前，主軸2擋齒輪與副軸2擋齒輪相嚙合，并在主軸上高速空轉，而同步器調速總成則與主軸一起低速轉動。換2擋時，變速撥叉將同步齒套向主軸2擋齒輪滑動，同時帶動調速鍵擠壓調速銅錐環，使其內部錐狀細紋溝槽向左輕抵主軸2擋齒輪錐體部，產生輕微摩擦，此時同步齒套尚未與高速銅錐環犬齒相嚙合。

（2）當同步齒套越過調速鍵凸出部繼續向左滑動，此時調速鍵向調速銅錐環施予更大擠壓力，促使調速銅錐環內部錐狀細紋溝槽與主軸2擋齒輪錐體部更緊密配合，如此由兩者摩擦作用，使調速銅錐環與主軸2擋齒輪的速度幾近相等，且此時同步齒套已越過調速銅錐環接合套，使同步齒套與調速銅錐環一起轉動。

（3）當同步齒套、調速銅錐環與主軸2擋齒輪線速度相同時，齒套很容易越過調速銅錐環的接合套，而與主軸2擋齒輪的接合套相嚙合，完成調速與換擋的動作。

調速工作的順序如下：變速撥叉→同步齒套→調速鍵→調速銅錐環→調速銅錐環錐狀細紋溝槽→主軸齒輪錐體部→同步齒套、調速銅錐環上的接合套與主軸（2擋）齒輪上的接合套線速度相同→完成調速與換擋。

2.3.4　各速擋動力傳遞及減速比

發動機發動，離合器踏板未踩下時，無論在何種擋位，發動機動力即經由離合器軸→離合器軸驅動齒輪→副軸驅動齒輪→副軸各擋齒輪→主軸1、2、3擋及惰輪軸齒輪，主軸1、2、3擋齒輪在主軸上空轉。

一　空擋

變速撥叉未移動，因而主軸上的1、2、3擋齒輪在主軸上空轉，主軸沒有動力輸出。

二　1擋

1擋動力傳遞路線如圖2-25所示。

（1）變速撥叉將1、2擋同步器總成向右滑動，與主軸1擋齒輪的接合套相嚙合，因而發動機動力由離合器軸→離合器軸驅動齒輪→副軸驅動齒輪→副軸1擋齒輪→主軸1擋齒輪→主軸1擋齒輪的接合套→1、2擋同步器總成（同步齒套→同步中心齒轂）→主軸→動力輸出。

三　2擋

2擋動力傳遞路線如圖2-26所示。

（1）變速撥叉將1、2擋同步器總成向左滑動，與主軸2擋齒輪的接合套相嚙合，因而發動機動力由主軸2擋齒輪的接合套→1、2擋同步器總成→主軸→動力輸出。

四　3擋

3擋動力傳遞路線如圖2-27所示。

（1）變速撥叉將3、4擋同步器總成向右滑動，與主軸3擋齒輪的接合套相嚙合，因而發動機動力由主軸3擋齒輪的接合套→3、4擋同步器總成→主軸→動力輸出。

五　4擋（直接傳動）

4擋動力傳遞路線如圖2-28所示。

（1）變速撥叉將3、4擋同步器總成向左滑動，與離合器軸驅動齒輪的接合套相嚙合，此時離合器軸與主軸成一體轉動，因而發動機動力直接由離合器軸向主軸輸出。

（2）減速比=1：1。

六　倒擋

倒擋動力傳遞路線如圖2-29所示。

（1）變速撥叉將主軸倒擋齒輪向左滑動，與倒擋惰輪相嚙合，因而發動機動力由離合器軸驅動齒輪→副軸驅動齒輪→副軸倒擋齒輪→惰輪軸惰輪齒輪→主軸倒擋齒輪→主軸→動力輸出。其中惰輪軸惰輪齒輪用以改變動力轉動的方向，而與倒擋減速比無關。

2.3.5　變速器操縱機構

變速器操縱機構由變速桿、變速滑軌、撥叉（桿）、定位機構及聯鎖裝置等組成。

一　變速器操縱機構種類

變速器操縱機構有晉級式與選擇式兩大類。晉級式變速時，由低速擋依序換擋到最高速擋，一般用于機車；選擇式可分為直接操縱式與遙控操縱式兩大類，一般用于轎車上。

（1）直接操縱式有連桿式[見圖2-30（a）]及整體式[見圖2-30（b）]兩種。整體式操縱變速桿時，直接移動變速滑軌與撥叉；而連桿式操縱變速桿時，須借由連桿連接到變速器內，以操控變速滑軌與撥叉。

（2）遙控操縱式以轉向盤柱式為主（見圖2-31）。轉向盤柱式操縱變速桿時，直接操控撥桿。兩根撥桿均作為撥動撥叉之用，或一根撥桿作擋位（1、2、3、4擋或倒擋）選擇用，另一根撥桿作為撥動撥叉推向各擋位（1、2、3、4擋或倒擋）之用。

二　定位機構與聯鎖裝置

（1）定位機構由定位鋼珠、定位彈簧及變速滑軌等組成。當變速滑軌移到所需位置時，定位彈簧把定位鋼珠壓入滑軌凹槽，以固定滑軌位置，防止因振動產生的跳擋現象，如圖2-32所示。

（2）聯鎖機構由聯鎖銷、鋼珠及變速滑軌等組成。當一根變速滑軌（A）移動后，由聯鎖銷及鋼珠的裝置，防止另一根變速滑軌（B或C）的移動，以防止兩組主軸的擋位齒輪同時與主軸嚙合，導致變速器受損。唯有先前變速滑軌（A）移回空擋（凹槽對正鋼珠）時，變速滑軌（A、B、C）始能再移動，進行換擋動作，如圖2-33所示。