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列举常见的变速箱类型

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MT 手动变速箱

    [汽车之家 百科]    从汽车之家的参数配置表中会看到手动变速箱、自动变速箱、无级变速箱、双离合变速箱、序列式变速箱……它们在结构上和使用方面到底有什么不同?

下面先通过这段《家家百科》视频,快速了解一下变速箱类型:


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变速箱作用

    在了解变速箱的结构之前,我们首先要知道为什么需要变速箱,它的作用是什么。依据不同驾驶状态,车辆的速度以及动力需要能在一个较大的范围内进行变化,实现这点,除了有效制动外,挡位的选择也很重要,所以,改变传动比来适应不同的驾驶状态是变速箱的一大作用。此外,实现倒车以及在不熄火状态下利用空挡切断动力的传递也是变速箱被广泛应用于内燃机领域的原因。

(一)手动变速箱

    “手动挡变速箱并不是低配车型的标志”。这一立场有必要在介绍该类型变速箱之前表明。装配手动挡变速箱的车型需要驾驶员在驾驶过程中手脚并用来对挡位进行切换,不过有人也把这种与机械直接的交流看作是一种乐趣。

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    手动变速箱也有挡位之分,我们常见的有5挡手动变速箱和6挡手动变速箱,当然,你一定也听到了一些有关7挡手动变速箱的消息,这款来自采埃孚公司的手动变速箱装配在保时捷卡雷拉车型上,随后,我们将有专门的解析文章。可以肯定的是,挡位越多,齿比就可以做得更为绵密,动力的衔接也会更自如,高速行驶时的燃油经济性以及舒适性的表现就会更好。

工作原理

    我们先来通过下面这个简易的结构模型了解下手动变速箱的工作原理。图中的绿色部分为输入轴,它通过离合器与发动机相连,通过中间轴的齿轮将输入轴的动力传递至黄色部分的输出轴,此时,输出轴与蓝色的齿轮并非同步运转,图中,由于套筒位于两个输出轴齿轮中央并未与其中任何一个齿轮相结合,因此,该状态下为空挡。那挂上档后又是什么状态呢?

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    利用换挡杆操作拨叉使得套筒与输出轴上的1挡齿轮相结合,此时,在套筒的作用下,1挡齿轮与输出轴同步运转,完成了动力由输入轴通过中间轴传递至输出轴最终传递至车轮的过程。正常情况下,在将换挡杆推入挡位时,驾驶员需要先将离合器踏板踩下,在挡位就绪后再将离合器踏板抬起,另外,起步和停车都要操作离合器来中断发动机与变速箱之间的动力传递。

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手动变速箱的优缺点

    首先,手动挡车型开起来肯定不如自动挡车型舒服,它需要驾驶员付出更多的体力,当然,也有不少人把这看作为驾驶乐趣,但要是在交通高峰时期,频繁的动作也会将这样的“快感”消磨殆尽。而它的优势则在于工作稳定且保养便宜,家用型轿车的手动变速箱除了定期更换手动变速箱油外,离合器的更换算是比较大的保养项目了。

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AMT 变速箱

(二)机械式变速箱(AMT)

    从操作方式上来看,搭载了AMT变速箱的车型可以被归结到自动挡车型范畴,但是从结构上来说,AMT变速箱更多的采用了手动变速箱的结构,只不过,它通过一套伺服机构来对离合器进行控制,从而解放了驾驶员的左脚。

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电-液执行器

    目前,大多数AMT变速箱都采用了电-液执行器来对离合器以及换挡拨叉进行控制,我们先来看看这种执行器的结构。

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    安装在变速箱上方的机构便是AMT变速箱的控制模块,在变速箱控制单元的调配下,该控制模块可在完成对离合器控制的同时还能选择行驶所需要的挡位,在整个驾驶过程中,驾驶员仅通过油门踏板和制动踏板来控制车速,当然,你还是要靠拨动换挡杆去选择空挡、前进挡或倒挡。

电动执行器

    除了电-液式外,AMT变速箱还可以通过电动的方式来驱动执行器。德国舍弗勒集团旗下的LUK和格特拉克集团都在国内开始生产配备电动执行器的AMT变速箱。他们把这称之为ASG(机械式自动变速器)。

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    电动执行器主要由电机的运转并配合蜗轮蜗杆机构实现一系列操作,在换挡速度方面,它比电-液式执行器更快。由于执行器上缺少了液压装置,因此结构更为简单,体积和质量也相应减少。虽优势明显,但由于该结构变速箱的型号较少,因此,并没有出现替代电-液式AMT变速箱的势头。

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    AMT变速箱是一款以手动变速箱为基础进而演变而来的自动变速箱,在操作上,它确实现了自动换挡的功能,不过,在换挡过程中的细节处理方面,它依旧无法比拟传统的自动变速箱,特别是一些需要频繁换挡或频繁进行起步停车的路况下,它在换挡平顺性方面的不足就显露无疑了。与手动变速箱一样,AMT变速箱也需要定期更换变速箱油,而作为损耗部件,离合器的磨损也在保养的范畴之内。

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AT(液力自动变速箱)变速箱

(三)液力自动变速箱(AT)

    接下来要介绍的是液力自动变速箱,这类变速箱由液力变矩器、行星齿轮机构、液压控制系统、电子控制系统等组成。

    目前,市场上绝大多数自动挡车型都装配的是这种类型的自动变速箱,挡位数量依旧是衡量技术含量的标准之一。原先的4挡自动变速箱已不再是主流,目前,一般家用汽车以5挡或6挡居多,豪华车则对更多挡位的自动变速箱青睐有加,路虎揽胜极光、奔驰C级等车型还配备了9挡自动变速箱。

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      液力自动变速箱的基本结构

   (1)变速箱壳体及液力变矩器

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    人们对自动变速箱内部结构的认知程度要远远小于手动变速箱,例如,一说到手动变速箱的离合器,大多数人对此都会有所了解,而液力变矩器却并未被大众所熟知。其实我们只要知道在功能上它与离合器相近,至于内部的泵轮、涡轮、导轮的布置以及工作状态就没那么重要了。

    从AT自动变速箱的发展来看,优化传动效率、减少动力损失的一部分工作则会在液力变矩器部分进行。比如增设的单向锁止离合器可使动力的传递由原先的液力传递过渡为硬性连接,从而减少动力的损失,当然,这是在保证行驶舒适性的前提下进行的。

   (2)行星齿轮结构

    改变齿比的工作由行星齿轮机构完成,通过改变太阳轮、行星轮以及齿圈之间相互的运动关系可实现不同传动齿比的切换,从而在不同的车速以及驾驶路况的情况下选择适合的挡位行驶。

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   (3)控制系统

    液压控制系统以及电子控制系统则是负责统筹换挡进程的关键,电子控制系统就像人的大脑,在接收到来自发动机、轮速的信息后,通过计算并下达换挡指令,而液压控制系统则好比人的神经,将大脑发出的指示传递至相应部位并使其动作,最为典型的要属在换挡时,行星齿轮机构的变化以及内部离合器的控制。

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    经过多年的优化,现在的AT变速箱技术在各方面的表现已足够成熟,在合理的情况下,其结构可以充分满足不同车型的匹配需求,从跑车到普通家用车,从纵置发动机的匹配到横置,这其中还涵盖了各种驱动形式的车型。此外,在换挡速度、传动效率、换挡质量以及稳定性方面,AT变速箱都可以做到让人满意。

    行星齿轮机构的的自动变速箱在技术上已趋于成熟,但在后期保养方面,相比于手动变速箱,它的维护成本要高些,常规的定期维护主要依据厂家更换变速箱油及滤芯,而随着车辆行驶里程的增长,自动变速箱也会出现一些故障,一旦涉及到故障维修项目,费用则会在千元至上万元不等。一般情况下,车辆在行驶到15万公里左右时,此类变速箱就容易出现异常的状况,程度较轻时影响到换挡平顺性,严重时也会导致车辆无法正常行驶。

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CVT无级变速箱

(四)CVT无级变速箱

    上文所提到的行星齿轮结构式自动变速箱是大多数人最先接触到的自动变速箱类型,不过,接下来要介绍的CVT无级变速箱在历史底蕴方面并不比前者“肤浅”。早在1886年,CVT无级变速箱就安装在了一款奔驰汽车上。不过,由于当时各方面的技术并不成熟,所以,该结构的变速箱在那时一直没有被重视。随着技术的不断进步,CVT技术也趋于成熟,其在传动平顺性以及省油方面的优势则被凸显了出来。

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    在驾驶操作方式上,装配了CVT无级变速箱的汽车同样通过一个换挡杆来选择驻车、倒车、空挡以及前进挡或手动的挡位,那么,它的结构究竟是什么样的?

   (1)CVT无级变速箱的结构

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    CVT无级变速箱内部基本结构由带轮、钢带以及相关控制机构和润滑机构组成,其中,带轮又分为主动带轮和从动带轮,通过两个带轮各自在直径上的变化来达到改变传动比的目的,这与自行车上所装配的变速装置的原理类似。

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    由于CVT无级变速箱在整个改变传动比过程中动力始终是连续不间断地进行传递,因此,从结构原理上来说,CVT无级变速箱在平顺性方面要优于上面所介绍的变速箱。

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    不过,CVT变速箱在结构上也有着不足之处,带轮与钢带的组合并不善于应付过大的传动强度,它更适合那些小型或者动力不强的汽车。不过,基于材料技术和制造工艺的提升,CVT变速箱的这块短板已经得到尽可能的补偿。

   (2)如何避免钢带与带轮间的打滑现象

    传动机构中的带轮与钢带之间的接触面积较小且在改变传动比时又是变化的,在极端情况下,就难免会出现打滑的情况,而要想在这一基础上改进这一问题,提高带轮的压紧力可以增加一定的摩擦系数,但这显然无法彻底避免带轮与钢带间的打滑现象。

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    博世公司改变了传动链条的结构以及受力方式,他们研制的压力钢带由钢带和推片组成,相比之下,这样的结构可与带轮间拥有更大的接触面积,受力的方式也由原先的拉动改为推动。因此,无论是在接触面积上,还是在钢带的受力程度上都有了明显的改进。此外,这种结构的钢带还可以通过调整推片的数量来改变它可承受的最大扭矩。由于结构问题,它并不能过度弯曲,也就是说,无法满足带轮间过大的半径变化幅度。

    有越来越多的中大型或者动力较强的汽车也开始装配CVT变速箱,由此看来,即便是行星齿轮结构式自动变速箱在各方面已相当成熟,但在某种程度上的表现,CVT变速箱也可以找到属于自己的平衡。

带有行星齿轮机构的CVT无级变速箱

    日产新骐达所装配的CVT无级变速箱在现有的基础上还增设了一套由行星齿轮机构组成的“副变速箱”。

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    这台由Jatco(加特可)与日产共同研发的XTRONIC CVT无级变速箱通过行星齿轮机构为其获得了更大的传动齿比范围,这也是世界上第一台将行星齿轮机构融入到CVT结构的无级变速箱。这台XTRONIC CVT无级变速箱在两个带轮间也使用了和博世共同研发的以推动为受力方式的钢带。

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双离合器变速箱

(五)双离合自动变速箱

    从操作方式来区分,双离合自动变速箱仍属于自动变速箱范畴之内,只不过,在内部结构以及换挡方式上有别于前面文章介绍的液力自动变速箱、CVT无级变速箱,而如果你在看过下面的介绍后会发现,它与AMT自动变速箱倒是有几分相似,都是依靠切换轴间的不同齿比的齿轮来改变传动比,负责切断或接合动力的装置也是通过位于变速箱输入端的离合器实现,其实这也很好理解,二者都是借鉴了传统的手动变速箱结构开发而来,不过,在换挡速度以及换挡质量方面,逻辑性更强的双离合自动变速箱要比AMT变速箱更好。

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    双离合变速箱由负责实现各挡位不同齿比的齿轮箱、切换或接合动力的双离合控制模块以及协调各执行机构的机电控制模块组成。顾名思义,双离合变速箱拥有两套离合器,这两套离合器分别对应两根输出轴,其中,一根轴控制奇数挡,另一根轴则控制偶数挡,也就是说,在车辆以1挡行驶时,负责2挡传动的齿轮在控制机构的作用下就已准备就绪,只待两套离合器之间完成工作的交接即可实现挡位的过渡,以此类推。相比于其它类型的自动变速箱,双离合变速箱在换挡过程中的动力中断时间更短,因此速度更快,在一定程度上也提高了燃油经济性。

双离合变速箱的离合器是怎么回事?

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    双离合自动变速箱也可以按挡位进行划分,目前,6挡或7挡的变速箱是市场上的主流产品。若以离合器的类别进行划分,双离合自动变速箱则可分为干式和湿式两种类型,而不同厂家设计的双离合自动变速箱在离合器以及换挡机构的控制方式却有着不同的想法。

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超跑的那些变速箱

(六)超跑的那些双离合变速箱

    双离合变速箱的结构更容易缔造出电光火石般的换挡速度,这样的特点显然与跑车的需求不谋而合,因此,有越来越多的跑车都装配了这种结构的变速箱,宝马、保时捷、日产等,它们都坚定不移的拥护着双离合变速箱。

   (1)迈凯轮SSG变速箱

    现阶段,迈凯轮的3.8升涡轮增压发动机和7挡SSG变速箱的动力组合为迈凯轮跑车提供了强大的动力支持,这台被称之为SSG的变速箱虽名为顺序换挡变速箱,但其结构实属双离合变速箱。

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    与普通汽车不同,超跑对于变速箱的诉求不仅仅局限在换挡速度方面,它们需要一台重量更轻,体积更小的变速箱,格拉齐亚诺公司提供的变速箱则满足了迈凯轮在这方面的需求。

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    作为一款量产的跑车,变速箱的稳定性以及耐久程度也是相当重要的,为此,这家意大利工厂在变速箱的研发过程中,在传统的台架试验基础上,还引入了动态的环节,以此来模拟车辆在加速、制动以及过弯时对变速箱的润滑系统和液压控制系统的影响。

   (2)布加迪威航装配7挡双离合变速箱

    布加迪威航搭载的W16发动机拥有最大1250牛·米的扭矩,这也给负责传动的变速箱提出了更为苛刻的要求。Ricardo公司为布加迪威航提供了这台7挡双离合变速箱。

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   (3)宝马M3 M-DCT

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   (4)保时捷911 PDK变速箱

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   (5)日产GT-R 双离合变速箱

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   (6)兰博基尼ISR变速箱

     ISR(全称为Independent Shift Rail)变速箱的结构与手动变速箱类似,在换挡过程中,它仍采用拨叉推动齿轮的方式来完成挡位切换,只不过在控制上,一套电控-液压系统会让挡位的切换更迅速,50毫秒是官方公布的的换挡速度。

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     在这台7挡变速箱内共有4个用于拨动齿轮的拨叉,它们被安装在两个挡位齿轮之间,其中,1挡和倒挡共用一个拨叉,其余则是3挡和5挡,2挡和4挡,6挡和7挡之间都有一个独立的拨叉,也就是说,从1挡到6挡,相邻的两个挡位齿轮都能有一个独立的拨叉单独控制。这样的设计可以缩短换挡时间。

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     双离合变速箱能更快的完成换挡,这是它的优点,不过,它的缺点也很突出,在日常驾驶时(特别是堵车时),它并不能提供很好的换挡舒适性,由于车辆缺少“蠕行模式”(车辆以怠速工况前行),只有驾驶员踩下油门踏板后,车辆才会前行,然而,由于此类车型的性格大多异常猛烈,在它们的字典中只有起步和加速两个概念,也正是这样偏执的性格才让驾驶员难免会抓狂。

   (7)序列式自动变速箱

    序列式变速箱是我们在跑车或者赛车中最常听到的变速箱类型,如果按操作方式划分,传统式的机械式序列变速箱属于手动变速箱范畴。更直接的换挡过程,更快的换挡速度,这都曾让序列式变速箱一度成为跑车和赛车的不二之选。

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    序列式变速箱在传动结构部分与手动变速箱基本相同,换挡时也是利用拨叉来推动挡位齿轮的接合,而之所以能让驾驶员通过换挡杆的前后移动就能实现挡位的加减是依靠一套换挡鼓,在换挡杆机构的带动下,使得拨叉移动,进而实现换挡齿轮的啮合。之前介绍的AMT变速箱也是利用这个机械原理来实现挡位切换的。

    在序列式变速箱中,换挡鼓与直牙齿轮的组合可以让训练有素的驾驶员在换挡时无需操作离合器踏板即可完成挡位切换。

总结

    作为传动机构,变速箱的性能直接影响着车辆的行驶性能及舒适性,毫不夸张的说,如果一辆车在其它方面都很优秀,而唯独变速箱很差劲,那么,这款车一定称不上是一辆好车,的确,一台“蹩脚”变速箱足以毁了一切。(文/图 汽车之家)

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