什么是变速箱,在标准VDI 2127中是这么写的:
"Getriebe sind Einrichtungen zum Umformen oder Übertragen von Bewegungen und Kräften und damit auch von Energie. Ein Getriebe besteht aus mindestens drei gegeneinander beweglichen Gliedern."
这句话翻译过来就是:”变速箱是一种转换或传递运动和力,并以此传递能量的装置。一个变速箱由至少三个互相运动的构件所组成。“
变速箱主要分成以下几类:
手动换挡变速箱(MT)
自动换挡变速箱(AMT)
双离合变速箱(DCT)
自动变速箱(AT)
无级变速箱(CVT)
混合动力变速箱(ET)
下面这张图更清楚
对于MT和AMT来说,在换挡的时候会发生牵引力的暂时中断,其他几种则不会。
AMT和AT都是自动换挡,区别在于AT会自动变扭。
所有的变速箱都有个叫做变速比的东西,用字母表示就是 i ,对于多档位的变速箱来说,有几个档位就有几个变速比,暂时不考虑行星齿轮和无级变速,一般的变速比的实现都是依靠不同大小的齿轮的齿比来实现的。
如这张图上,变速比 i = n1/n2 = z2/z1。
行星齿轮就复杂了,按照行星齿轮的数量的不同,变速比有很多种情况,这里就不谈了,有兴趣的同学可以去找本专门的书来看。
为什么会有变速箱这种东西呢?变速箱的用途主要是为了增大扭矩,比如私家车来说,发动机转速都是比较高的,最高一般都有六七千转的样子,但是发动机输出的扭矩就小了,一般都在400Nm以下,这个扭矩传递到轮子上,想要拉动车子是很费劲的,因为汽车所受的阻力
F = 轮子摩擦力+空气阻力+加速力+坡道阻力
即 F = fR*m*g*cosα+0.5*rho*Cw*A*v^2+lambda*m*a+mgsinα
在平地上影响最大的就是空气阻力和加速力,汽车开的越快,加速度越高,这个阻力就越大。阻力的变动范围可以在几百到上万牛顿之间,而轮边扭矩M=F*r,这个r是轮子在运动状态的半径,私家车轮子的半径一般都在0.3m左右,这么算下来轮子最高就需要两三千Nm的扭矩,而发动机只能输出几百牛米的扭矩,这时候就是变速箱在起作用了。
从发动机输出直到轮子,这个扭矩就乘了个变速比i,因为不同的行驶条件下需要的扭矩是不同的,所以变速箱都分好几档,变速比有大有小,满足不同的需要。一般来说一档的变速比是最大的,这样起步的时候高扭矩可以带来高加速度,让车子提速更快,到了高速阶段,车速很快,但不需要加速了,就放到高挡位,变速比低,可以输出高速低扭。
这就是最简单的六档变速箱内部示意图了。