Gearhead 101: Forståelse af manuel transmission

{h1}

Velkommen tilbage til Gearhoved 101 - en serie om det grundlæggende i, hvordan biler fungerer for automotive neophytes derude.


Fordi du læser mandskabens kunst, du ved hvordan man kører en stick shift. Men ved du, hvad der foregår under emhætten, når du skifter gear?

Ikke?


Nå, i dag er din heldige dag!

I denne udgave af Gearhead 101 ser vi på detaljerne i, hvordan en manuel transmission fungerer. Når du er færdig med at læse dette stykke, skal du have en grundlæggende forståelse af denne vitale del i dit køretøjs drivlinje.


Lad os rulle ærmerne op og komme i gang.



Bemærk: Før du læser, hvordan en transmission fungerer, anbefaler jeg stærkt, at du gennemgår vores Gearhead 101s motorernes ind og ud og kørsler.


Hvad transmissioner gør

Før vi går nærmere ind på, hvordan en manuel transmission fungerer, skal vi tale om, hvad transmissioner generelt gør.

Som diskuteret i vores primer til, hvordan en bilmotor fungerer, skaber motoren i dit køretøj rotationskraft. For at flytte bilen er vi nødt til at overføre den roterende kraft til hjulene. Det er hvad bilens drivlinje - som transmissionen er en del af - gør.


Men der er et par problemer med strøm produceret af en forbrændingsmotor. For det første leverer det kun anvendelig kraft eller drejningsmoment inden for et bestemt område af motorhastighed (dette interval kaldes en motorens effektbånd). Gå for langsomt eller for hurtigt, og du får ikke det optimale moment for at få bilen i bevægelse. For det andet har biler ofte brug for mere eller mindre drejningsmoment, end hvad motoren optimalt kan levere inden for dets kraftbånd.

For at forstå det andet problem skal du forstå det første problem. Og for at forstå det første problem skal du forstå forskellen mellem motor hastighed og motor drejningsmoment.


Motorhastighed er den hastighed, hvormed motorens krumtapaksel drejer. Dette måles i omdrejninger pr. Minut (RPM).

Motormoment er, hvor meget drejekraft motoren genererer ved sin aksel til en bestemt rotationshastighed.


En bilmekaniker gav denne gode analogi til at forstå forskellen mellem motorhastighed og motormoment:

Forestil dig, at du var en motor, og du prøver at føre et søm ind i en mur:

Hastighed = Hvor mange gange du rammer neglehovedet på et minut.

Moment = Hvor hårdt du rammer neglen hver gang.

Tænk tilbage på sidste gang du hamrede negle. Hvis du hamrede virkelig hurtigt, bemærkede du sandsynligvis, at du ikke slog neglen med meget kraft. Hvad mere er, du udmattede dig sandsynligvis fra så meget hidsig svingning.

Omvendt, hvis du tog dig tid mellem hvert sving, men sørgede for, at hver sving, du lavede, var så hårdt som muligt, ville du køre neglen ind med færre gynger, men det kan tage dig lidt længere, fordi du ikke er svinger i et stabilt tempo.

Ideelt set ville du finde et slag af hamring, der gjorde det muligt for dig at ramme neglehovedet flere gange med en god mængde kraft for hver svingning uden at trætte dig ud. Ikke for hurtigt, ikke for langsomt, men lige højre.

Vi ønsker, at vores bils motor skal gøre det samme. Vi ønsker, at det skal dreje med den hastighed, der gør det muligt at levere det nødvendige drejningsmoment uden at arbejde så hårdt, at det ødelægger sig selv. Vi har brug for motoren for at forblive inden for dens kraftbånd.

Hvis en motor drejer under kraftbåndet, har du ikke det drejningsmoment, du har brug for for at bevæge bilen fremad. Hvis det går over sit kraftbånd, begynder drejningsmomentet at falde ned, og din motor begynder at lyde som om den er ved at gå i stykker på grund af stress (som om det sker, når du prøver at hamre for hurtigt - du rammer neglen med mindre strøm, og du bliver virkelig, virkelig træt). Hvis du har revved din motor, indtil omdrejningstælleren kommer i rødt, forstår du dette koncept visuelt. Din motor lyder som om den er ved at dø, men du bevæger dig ikke hurtigere.

Okay, så du forstår behovet for at holde et køretøj kørende i kraftbåndet, så det fungerer effektivt.

Men det bringer os til vores andet problem: biler har brug for mere eller mindre drejningsmoment i visse situationer.

For eksempel, når du starter en bil i stilstand, har du brug for en masse kraft eller drejningsmoment for at få køretøjet i gang. Hvis du sætter gulvpedalen på gulvet, får du motorens krumtapaksel til at dreje rigtigt hurtigt, hvilket får motoren til at gå langt over sit kraftbånd og muligvis ødelægge sig selv i processen. Og kickeren er, at du ikke engang bevæger bilen så meget, fordi drejningsmomentet falder ned på en motor, når den går over dens kraftbånd. I denne situation har vi brug for meget mere drejningsmoment, men for at få det, er vi nødt til at ofre noget fart.

Okay, hvad hvis du bare trykker lidt på gassen? Nå, det vil sandsynligvis ikke få motoren til at dreje hurtigt nok til at komme ind i dens kraftbånd i første omgang, så den kan levere drejningsmomentet for at få bilen i bevægelse.

Lad os se på et andet scenario: Lad os sige, at du har fået bilen til at køre meget hurtigt, som når du kører på motorvejen. Du behøver ikke at sende så meget strøm fra motoren til hjulene, fordi bilen allerede bevæger sig i et hurtigt tempo. Ren momentum gør meget af arbejdet. Så du kan lade motoren køre ved en højere hastighed uden at bekymre dig så meget om den mængde kraft, der leveres til hjulene. Vi har brug for mere rotation hastighed går til hjulene og mindre roterende strøm.

Det, vi har brug for, er en eller anden måde at formere den effekt, der produceres af motoren, når den er nødvendig (startende fra stilstand, gå op ad en bakke osv.), Men også reducere mængden af ​​strøm, der sendes fra motoren, når den ikke er nødvendig ( går ned ad bakke eller går rigtig hurtigt).

Indtast transmissionen.

Transmissionen sikrer, at din motor drejer med en optimal hastighed (hverken for langsom eller for hurtig), samtidig med at dine hjul får den rigtige mængde kraft, de har brug for til at bevæge sig og stoppe bilen, uanset hvilken situation du befinder dig i.

Det er i stand til at udføre denne effektive transmission af kraft gennem en række gear i forskellige størrelser, der udnytter kraften i gearforholdet.

Gearforhold

Inde i transmissionen er der en række tandstande med forskellig størrelse, der producerer drejningsmoment. Fordi gearene, der interagerer med hinanden, har forskellige størrelser, kan drejningsmomentet øges eller reduceres uden at ændre hastigheden på motorens rotationseffekt så meget. Dette er takket være gearforhold.

Gearforhold repræsenterer gearenes forhold til hinanden i størrelse. Når gear i forskellige størrelser passer sammen, kan de dreje ved forskellige hastigheder og levere forskellige mængder kraft.

Lad os se på en dum ned-version af gear i aktion for at forklare dette. Sig, at du har et inputgear med 10 tænder (med inputgear, jeg mener et gear, der genererer strømmen) forbundet til et større output med 20 tænder (med outputgear, jeg mener et gear, der modtager strømmen). For at dreje det 20-tandede gear en gang, skal det 10-tandede gear dreje to gange, fordi det er halvt så stort som det 20-tandede gear. Dette betyder, at selvom det 10-tandede gear drejer hurtigt, drejer det 20-tandede gear langsomt. Og selvom det 20-tandede gear drejer langsommere, leverer det mere kraft eller kraft, fordi det er større. Forholdet i dette arrangement er 1: 2. Dette er et lavt gearforhold.

Eller lad os sige, at de to gear, der er forbundet med hinanden, har samme størrelse (10 tænder og 10 tænder). De ville begge dreje i samme hastighed, og de ville begge levere den samme mængde strøm. Udvekslingsforholdet her er 1: 1. Dette kaldes et 'direkte drev' -forhold, fordi de to gear overfører den samme mængde strøm.

Eller lad os sige, at inputgearet var større (20 tænder), og outputgearet var mindre (10 tænder). For at dreje det 10-tandede tandhjul en gang, behøver det 20-tandede tandhjul kun at dreje halvvejs. Dette betyder, at selvom det 20-tandede inputhjul drejer langsomt og med mere kraft, drejer det 10-tandede outputhjul hurtigt og leverer mindre strøm. Udvekslingsforholdet her er 2: 1. Dette kaldes højt udvekslingsforhold.

Lad os bringe dette koncept tilbage til formålet med transmissionen.

Nedenfor finder du et diagram over effektflowet, når de forskellige gear i et 5-trins manuelt gearkøretøj er tilkoblet.

Gearforhold i et manuelt gearillustrationsdiagram.

Første gear. Det er det største gear i transmissionen og indesluttet med et lille gear. Et typisk gearforhold, når en bil er i første gear er 3.166: 1. Når første gear er tilkoblet, leveres lav hastighed, men høj effekt. Dette gearforhold er fantastisk til at starte din bil fra stilstand.

Andet gear. Det andet gear er lidt mindre end det første gear, men er stadig indlejret i et mindre gear. Et typisk gearforhold er 1,882: 1. Hastigheden øges, og effekten reduceres lidt.

Tredje gear. Tredje gear er lidt mindre end det andet, men stadig indesluttet med et mindre gear. Et typisk gearforhold er 1.296: 1.

Fjerde gear. Fjerde gear er lidt mindre end det tredje. I mange køretøjer, når en bil er i fjerde gear, bevæger udgangsakslen med samme hastighed som indgangsakslen. Dette arrangement kaldes 'direkte drev'. Et typisk gearforhold er 0,972: 1

Femte gear. I køretøjer med femte gear (også kaldet “overdrive”) er det forbundet med et gear, der er betydeligt større. Dette gør det muligt for det femte gear at dreje meget hurtigere end det gear, der leverer kraft. Et typisk gearforhold er 0,78: 1.

Dele af en manuel transmission

Dele af et manuelt gearillustrationsdiagram.

Så nu skal du have en grundlæggende forståelse af transmissionens formål: det sikrer, at din motor drejer med en optimal hastighed (hverken for langsom eller for hurtig), samtidig med at du giver dine hjul den rigtige mængde kraft, de har brug for til at bevæge sig og stoppe bilen, uanset hvilken situation du befinder dig i.

Lad os se på de dele af en transmission, der tillader dette at ske:

Indgangsaksel. Indgangsakslen kommer fra motoren. Dette drejer med samme hastighed og kraft som motoren.

Kontraaksel. Kontraakslen (alias lagaksel) sidder lige under udgangsakslerne. Kontakten tilsluttes direkte til indgangsakslen via et fast gear. Når indgangsakslen drejer, gør også akslen det og med samme hastighed som indgangsakslen.

Ud over det gear, der tager kraft fra indgangsakslen, har også akslen flere gear, den ene til hver af bilens 'gear' (1.-5.) Inklusive bakgear.

Udgangsaksel. Udgangsakslen løber parallelt over kontakteren. Dette er skaftet, der leverer strøm til resten af ​​drivsystemet. Mængden af ​​kraft, som udgangsakslen leverer, afhænger alt af, hvilke gear der er tilkoblet den. Udgangsakslen har frit roterende gear, der er monteret på den med kuglelejer. Udgangsakslens hastighed bestemmes af, hvilket af de fem gear der er i 'gear' eller er tilkoblet.

1. til 5. gear. Dette er de gear, der er monteret på udgangsakslen ved lejer og bestemmer, hvilket 'gear' din bil befinder sig i. Hvert af disse gear er konstant indlejret i et af gearene på forakslen og drejer konstant. Dette konstant indlejrede arrangement er, hvad du ser i synkroniserede transmissioner eller konstant mesh transmissioner, som de fleste moderne køretøjer bruger. (Vi vil undersøge, hvordan alle gear altid kan dreje, mens kun en af ​​dem faktisk leverer strøm til drivlinjen her lidt.)

Første gear er det største gear, og gearene bliver gradvist mindre, når du kommer til femte gear. Husk, udvekslingsforhold. Fordi første gear er større end det akseltandhjul, det er forbundet til, kan det dreje langsommere end indgangsakslen (husk, at akslen bevæger sig med samme hastighed som indgangsakslen), men leverer mere kraft til udgangsakslen. Når du bevæger dig op i gear, falder gearforholdet, indtil du når det punkt, hvor input- og outputakslerne bevæger sig med samme hastighed og leverer den samme mængde effekt.

Tomgangsudstyr. Tomgangsudstyret (undertiden kaldet ”omvendt tomgangsudstyr') sidder mellem bakgearet på udgangsakslen og et gear på modakslen. Tomgangsudstyret er det, der gør det muligt for din bil at køre baglæns. Bakgearet er det eneste gear i en synkroniseret transmission, der ikke altid er indlejret eller snurrer med et gearaksel. Det bevæger sig kun, når du rent faktisk skifter køretøjet i baglæns.

Synkroniseringsbånd / ærmer. De fleste moderne køretøjer har en synkroniseret transmission, hvilket betyder, at gearene, der leverer strøm på udgangsakslen, konstant er indesluttet med gear på modakslen og roterer konstant. Men du tænker måske, 'Hvordan kan alle fem gear konstant indlejres og konstant dreje, men kun et af disse gear leverer faktisk strøm til udgangsakslen?'

Det andet problem, der kommer op med, at gearene altid drejer, er at drivgearet ofte roterer med en anden hastighed end den udgående aksel, som gearet er forbundet til. Hvordan synkroniserer du et gear, der drejer med en anden hastighed som udgangsakslen, og på en jævn måde, der ikke forårsager meget slibning?

Svaret på begge spørgsmål: Synkroniseringsbånd.

Som nævnt ovenfor er gear 1-5 monteret på udgangsakslen via kuglelejer. Dette tillader, at alle gear frit kan dreje på samme tid, mens motoren kører. For at aktivere et af disse gear skal vi tilslutte det fast til udgangsakslen, så strøm leveres til udgangsakslen og derefter til resten af ​​drivsystemet.

Mellem hvert af gearene er ringe kaldet synkroniseringsbånd. På en fem-trins transmission er der en krave mellem 1. og 2. gear, mellem 3. og 4. gear og mellem 5. og bakgear.

Når du skifter en bil i et gear, skifter synkroniseringsbåndet over til det bevægelige gear, du ønsker at aktivere. På ydersiden af ​​gearet er der en række kegleformede tænder. Synkroniseringskraven har riller til at acceptere disse tænder. Takket være en fremragende maskinteknik kan synkroniseringsbåndet forbinde til et gear med meget lidt støj eller friktion, selv mens gearet bevæger sig, og synkronisere gearets hastighed med indgangsakslen. Når synkroniseringshalsbåndet er indesluttet i køreudstyret, leverer det køreudstyr kraft til udgangsakslen.

Når en bil er “neutral”, er ingen af ​​synkroniseringsbåndene indesluttet med et køreudstyr.

Synkroniseringsbånd er også noget, der er lettere at forstå visuelt. Her er et kort lille klip, der gør et godt stykke arbejde med at forklare, hvad der foregår (starter omkring kl. 1:59):

Gearskift. Gearskiftet er det, du bevæger dig for at sætte en bil i gear.

Skiftestang. Skiftestængerne er det, der flytter synkroniseringsbåndene mod det gear, du vil aktivere. På de fleste fem-trins køretøjer er der tre skiftestænger. Den ene ende af en skiftestang er forbundet til gearskiftet. I den anden ende af skiftestangen er der en skiftegaffel, der holder synkroniseringsbåndet.

Skiftgaffel. Skiftgaflen holder synkroniseringsbåndet.

Kobling. Koblingen sidder mellem transmissionens motor og gearkasse. Når koblingen frakobles, afbryder den strømmen mellem motoren og gearkassen. Denne frakobling af strøm tillader motoren at fortsætte med at køre, selvom resten af ​​bilens drivlinje ikke får nogen kraft. Når motoreffekten er afbrudt fra transmissionen, er gearskift meget lettere og forhindrer beskadigelse af gearkassen. Dette er grunden til, at når du skifter gear, skal du skubbe koblingspedalen og frakoble koblingen.

Når koblingen er tilkoblet - din fod kommer af pedalen - genoprettes kraften mellem motor og transmission.

Sådan fungerer manuelle transmissioner

Så lad os bringe alt sammen og gå igennem, hvad der sker, når du skifter gear i et køretøj. Vi starter med at starte en bil og skifte op til andet gear.

Når du starter en bil med manuel gearkasse, frakobler du før du drejer nøglen kobling ved at trykke koblingspedalen ned. Dette afbryder strømmen mellem motorens indgangsaksel og transmission. Dette gør det muligt for din motor at køre uden at levere strøm til resten af ​​køretøjet.

Med koblingen frakoblet, flytter du gearskift i første gear. Dette forårsager en skiftestang i transmissionens gearkasse for at flytte skiftende gaffel mod første gear, som er monteret på udgangsaksel via kuglelejer.

Dette første gear på udgangsakslen er indesluttet med et gear, der er forbundet til en modaksel. Kontakten tilsluttes motorens indgangsaksel via et gear og drejer med samme hastighed som motorens indgangsaksel.

Fastgjort til skiftegaffelen er en synkroniseringskrave. Synkroniseringshalsbåndet gør to ting: 1) det monterer drivgearet fast til udgangsakslen, så gearet kan levere strøm til udgangsakslen, og 2) det sikrer, at gearet synkroniseres med udgangsakslens hastighed.

Når synkroniseringskraven er indlejret i det første gear, er gearet fast forbundet med udgangsakslen, og køretøjet er nu i gear.

For at få bilen i bevægelse skal du trykke let ned på bensinen (hvilket skaber mere motorkraft) og langsomt tage foden ud af koblingen (som går i indgreb med koblingen og tilslutter strømmen igen mellem motoren og gearkassen).

Fordi det første gear er stort, får det udgangsakslen til at dreje langsommere end motorens indgangsaksel, men leverer mere kraft til resten af ​​drivsystemet. Dette er takket være vidundere fra gearforhold.

Hvis du har gjort alt korrekt, begynder bilen langsomt at bevæge sig fremad.

Når du har fået bilen i gang, vil du gerne gå hurtigere. Men med bilen i første gear vil du ikke kunne gå meget hurtigt, fordi gearforholdet får udgangsakslen til at dreje med en bestemt hastighed. Hvis du skulle gulve gaspedalen med bilen i første gear, vil du bare få motorens indgangsaksel til at dreje rigtig hurtigt (og muligvis beskadige motoren i processen), men ikke se en stigning i køretøjets hastighed.

For at øge udgangsakslens hastighed er vi nødt til at skifte op til andet gear. Så vi træder på koblingen for at afbryde strømmen mellem motoren og gearkassen og skifte til andet gear. Dette bevæger skiftestangen, der har en skiftegaffel og synkroniseringskrave mod andet gear. Synkroniseringsbåndet synkroniserer det andet gears hastighed med udgangsakslen og monterer det fast til udgangsakslen. Udgangsakslen kan nu dreje hurtigere uden at motorens indgangsaksel roterer rasende for at producere den kraft, bilen har brug for.

For resten af ​​de fem gear er det skylning, vask og gentagelse.

Omvendt gear er undtagelsen. I modsætning til de andre køregear, hvor du kan skifte op uden at stoppe bilen fuldstændigt, skal du stille stille for at skifte baglæns. Dette skyldes, at bakgearet ikke konstant er indesluttet i et gear på modakslen. For at skubbe bakgearet ind i det tilsvarende gearakselgear, skal du sørge for, at modakslen ikke bevæger sig. For at sikre, at akslen ikke roterer, skal du have bilen stoppet helt.

Sikker på, du kan tvinge en fremadgående bil ind i bakgear, men det lyder ikke eller føles smukt, og du kan forårsage meget skade på transmissionen.

Når du skifter din bil til gear, ved du nu, hvad der foregår under motorhjelmen. Næste op: automatiske transmissioner.