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你的手还能动多久? 手动挡演变史

一猫汽车网 2016-05-25 06:39:00

相信大家不止一次听过身边“老司机”为你推荐手动挡车型,假如你是打算买一台性能车或者跑车的话,他们更会发挥强大的自身价值观输出能力,逼你认同“手动挡才有驾驶乐趣”、“技术差才不敢开手动挡”等唯手动独尊的观点,如果你问他们为什么,理由绝对少不了“驾驶乐趣”、“结构简单易修”、“省油”和“实惠”这几条,可是大家有没有想过,在这个许多人开始鼓吹电动车必将取代燃油车的年代,手动挡的历史还能继续书写多少年?

1889年,一位你搞不清他究竟想干什么的法国人,开始涉足一个前所未有的领域,他之前开的公司生产过锯子、厨具、咖啡磨、自行车、冰箱、吸尘器、猎枪、摩托……这一年,他成功研制出了齿轮变速箱,最早也叫有级式变速箱,后来叫手动式变速箱;同年,他还制造出了一台以他自己名字命名的三轮蒸汽动力机车,在1889年庆祝法国大革命100周年的巴黎万国博览会上展出,但并没有使用自己研制出的齿轮变速箱。就像歌手出道首张同名专辑火了后就会一直被人记得这个代表作,后来这位法国人终于不乱改行了,老老实实做他的同名汽车了,这个法国人叫阿尔芒·标致

还是1889年,另一个法国人路易斯·潘哈德创建了世界上最早的汽车制造厂,5年之后,也就是1894年,他和埃米尔在这个工厂研制出第一个现代手动变速器,他们向世人展示的这个三速变速箱,并在当年为现代的手动变速箱的发展奠定了基础。很可惜这个法国人没出品同名专车,但在1896年他生产出了世界第一台四缸发动机,因此被称为四缸车之父,也算是留名青史。

而威廉·迈巴赫则在此基础上发明了世界上第一台四档机械式变速箱,在当时潘哈德和埃米尔发明的手动变速箱仍然用原始传输链驱动,传动效率较低,直到1898年,汽车制造商路易·雷诺在此基础上对手动变速箱进行了升级改进,用驱动轴取代了驱动链,并增加了差速器半轴用于后轮驱动提升手动变速器的性能。

历史讲到这里,也该简单介绍一下手动变速箱的概念了。要让汽车真正跑起来,除了有发动机,还要有驱动系统,目的是将发动机做工时的旋转力依次经过离合器、变速器、万向节、差速器和传动轴,从而传递至驱动轮(轮胎)。

物体从静止到运动状态,需要花费大量的力,而汽车一旦启动,即使很小的力量也能推动其前进,这时候就要切换大小齿轮组进行加速,这种切换就是变速,所以催生了变速器的诞生,其最大的作用是通过切换变速箱内装有多套大小不同的齿轮组来提高汽车的行驶速度。

驾驶手动挡汽车比自动挡汽车(包括手自一体)换挡时多一个操作步骤——踩离合。离合器连接发动机和变速器,用膜片弹簧将摩擦片压在飞轮上,踩下离合踏板时摩擦片分离,无法传递动力,此时可进行齿轮变速。

齿轮变速是利用齿轮的减速增大发动机的旋转力,简单来说就是通过切换变速箱内的齿轮组,改变齿轮的直径比,将发动机扭矩扩大后传递到轮胎,下面的动态图能更直观的解释这个传动过程,变速的关键就是在所有齿轮啮合时切换齿轮。

那么问题来了,在变速箱刚发明出来的时候,汽车行驶中是无法实现齿轮的啮合,因为切换齿轮时要先切回空挡状态,空挡时发动机的旋转力不会传递至变速器,但由于惯性,变速器的齿轮还会继续旋转。在转速高达每秒几百甚至几千的状态下,要让两个齿轮上的锯齿间的缝隙实现啮合,等于要你用枪射中飞行中的蚊子的左边翅膀一样!

要知道勉强是没幸福的,为了不因为强行啮合齿轮造成齿轮“崩牙”,常啮合式变速器就应运而生了。到了20世纪初,美国制造的手动挡汽车都是基于潘哈德和埃米尔理念,采用雷诺改进的非同步手动变速器。在这个年代,变速箱虽然已经可以做到通过离合器使变速箱内的齿轮处于空转状态,然后利用牙嵌式离合器进行齿轮切换,但即使是处于空转状态,也很难啮合旋转中的牙嵌式离合器。

因此在在1928年,手动变速器出现重大创新,当凯迪拉克推出了同步手动变速器,明显减少齿轮磨床的现象,提升换挡顺畅性和方便度。在1930年后广泛采用同步器所做的手动变速器,变得更容易使用。至此后来的手动变速箱发展功劳,都要归功于同步啮合装置的出现,能使牙嵌式离合器的转速同步,更轻易地相互啮合。

在后来的手动变速器发展历史上,除了传统的三轴手动变速器,还有二轴手动变速器,与三轴的不同在于将输入轴和中间轴整合为一根轴,因此具有结构简单和尺寸小的优势,前者多用在后驱车上,后者多用于前驱车。

除了民用的发展,赛车用的变速器也为手动变速器的发展提供了另外一条路线,民用手动变速器使用的都是斜齿的设计,赛车上的手动变速器则使用了传动效率更高的直齿。实际上,除了传动效率更高外,传动平稳度,降低噪音,齿根的弯曲强度、齿面的接触强度,齿轮的使用寿命这些方面都是民用的斜齿更高。

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,可谓是各有优劣。除了这两种纯机械式的换挡控制,此外,还有使用电控装置换挡的手动变速箱,它可以很好的结合推杆和拉线换挡之间的优点。

手动变速器的换挡机构形式有直齿滑动齿轮,啮合套和同步器三种,在轿车变速器上,前两种形式已经很少使用,因为只从1930年起,同步器换挡已经得到了非常广泛的应用。此后的手动变速器原理基本区别不大,不像自动变速器,如果将其特点与自动变速器相比,可以得出下表:

不同

手动变速器自动变速器(液力变扭器式)
发动机和变速器的连接处离合器液力变矩器
连接处的结构摩擦片压紧飞轮,连接发动机和变速器。摩擦片松开时发动机的旋转力就无法传递至变速器发动机和变速器之间安装了盛有液体的液力变矩器,发动机的旋转力通过液体传递到变速车
切换齿轮的时机驾驶员踩下离合器踏板进行此轮切换时

液体的油压和离心力发生变化时。甚至要用到基于汽车的加减速状态的电脑控制

使用的齿轮正齿轮行星齿轮


手动挡对比自动挡还有多少优势?难道你就手抓着那根杆动来动去后即使是开着捷达也有驾驶乐趣?难道你觉得现在手动挡还能比自动挡省很多油?容易修,可是对于现在大部分手动挡技术不过关司机而言,应该是容易坏吧,除了节省成本,手动挡的优势真的越来越少,在模块化生产的今天,能大批量生产并卖出的自动挡车型或许成本能压的比手动挡更低,那么,手动挡的历史哪一天会结束?至少在今天,手动挡还能剩下情怀。

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