What is "Single Gearbox"?

一台能"變速"的腳踏車,後輪換成大齒輪的檔位,不必花太大的力氣就能騎上坡,不過,你可得多踩幾下囉~~.....

Ya,利用齒輪來為我們作事,是日常生活中常碰到的設計;回憶一下國中時的理化教材,我們學過

一個很簡單卻很實用的公式:

大齒輪的半徑x大齒輪的轉速=小齒輪的半徑x小齒輪的轉速

換成另一的角度看,它就是一個"功(wrok)"的形式;我們腳踏車時所給我們的實際經驗就可以

體會的到,當我們想快速起步時,我們可以把前輪換成小齒輪,後輪換成大齒輪,這時我們就可以

輕易且快速的起步,however,隨時腳踏車速度的增加,我們會發現腳再怎麼用力踩,速度還是增

加的有限,這時候,我們可以變換後輪的齒輪由大換成小,再把前輪換成較大的齒輪,這時踏板

的感覺變重了,但是,不必像之前踩的這麼多圈,腳踏車的速度可以更快了.......

嗯,我想這是大伙騎腳踏車的共同經驗吧,同樣的道理,我們汽車在設計使用上時,並不是直接

把引擎的輸出接到傳動軸上,而是接到"變速箱"上面,再由變速箱的輸出軸接到傳動軸上輸出;

汽車在起步時,需要先克服靜摩擦力,然後再推動車身前進,這時是需要較大的扭力來幫忙的,

於是低檔位(一檔)時,是類似腳踏車起步的"前面小齒輪,後面大齒輪"的設計,當車速越來越快

時,我們不必需要這麼大的扭力輸出,在高速檔時,變速箱將換成類似騎腳踏車時的"後面小齒輪,

前面大齒輪"的設定;現在先簡單的介紹"齒輪比"的定義:你可以想成是腳踏車的後齒輪

的半徑除以前齒輪的半徑;如下圖,右邊是我們腳去踏的地方,左邊是相當於腳踏車的後輪;而圖

上面是我們快速起步時的齒輪狀態,下面的圖是我們"飆腳踏車"時的齒輪狀態!See?

腳踏車在起步時(上)與高速時(下)的變速設定

利用不同的齒輪搭配,應付我們不同的需要,如載重起步或爬坡時,我們需要較大的扭力來使用,

所以,我們汽車也設計了"變速箱",供不同的狀況使用,就跟騎腳踏車時變速換檔的目的一模一樣:)

然而,哪個檔位跟引擎的輸出並沒有關係,例如:20.0kgm/2300rpm的扭力值,在一檔時,當轉速是

2300rpm時,引擎就是輸出20.0kgm的扭力;二檔時,引擎的轉速在2300rpm時,引擎還是一樣是20kgm

的扭力輸出;但是,真正出力在車輛上時,一檔時是"20.0"乘以"一檔的齒輪比",二檔時是"20.0"

乘以"二檔的齒輪比"......這些值將不是20.0kgm而已!

二.手排變速箱的基本構造:

變速箱發展至今,已經有手排檔,自動排檔的設計,其中自排變速箱更發展出無段變速系統,

或手-自變速系統,然而,它們都一樣有共同的功能:(1)傳遞引擎的輸出動力(2)能變換齒輪


的組合以應付不同需求....現在我們來看看手排變速箱的基本構造:

(i)變速箱輸入軸:

通過離合器,變速箱輸入軸跟引擎的曲軸連接在一起,它的功能就是輸入

引擎的動力!

(ii)變速箱輸出軸:

變速箱輸出軸和汽車的傳動裝置直接連接在一起,把動力輸出使用.

(iii)排檔機構(shifting mechanism):

這個機構就是整個變速箱功能的地方,它就是各種齒輪的地方,藉由不同的組合,

實現變速箱操作的目的!

(iv)同步器(synchronizing device):

同步器的目的是幫助變速齒輪能同步咬合,確保變速箱換檔操作時的平順.

其實,變速箱是一個精密度相當高且複雜的機械,直到今天,大多數的車廠是"不自己生產"變速箱的!

ㄟ,也許你不相信,但是,這些車廠都交給專門在設計變速箱的公司來生產,無論是手排.自排,

還是手-自排的變速箱,都有很有名的公司在專司的,

如響譽世界的德國 ZF,M-Benz 全車係階採該公司的變速箱,嗯!所謂:術業有專攻就是這道理呀!

◎離合器(Clutch):

離合器?嗯,光從字面上就可以看出有"分離"與"合併"的功能,它就是專司動力傳遞的接合或分離

的裝置,也因此,只要是變速箱都會有它的存在,無論是手排還是自排!而手排變速箱所使用的是

屬於"磨擦片離合器",利用磨擦片的磨擦來產生力矩,來傳遞動力;一片磨擦片與動力輸入端連接,

另一片與變速箱輸出端連接,當兩片緊緊接合時,動力就接通了,而兩片分開時,動力就切斷囉~~

開手排車時,入檔時必須踩最左邊的踏板-離合器分離,這時動力切斷了,於是我們可以換檔,入好

檔位時,我們慢慢放開離合器的踏板,離合器片相連接,此時,我們右腳同時慢慢踩油們,車輛加速

前進!離合器就是扮演動力傳遞與否的角色;也由於它是靠磨擦來傳遞動力,所以,久而久之離合器

的磨擦片(離合器來令片)是會磨損而需要更換的,且強大動力輸出的引擎也需要摩擦系數更夠大的

離合器來令片!所以當來令片抓不住飛輪時,飛輪可能空轉,動力無法順利傳遞,也就是動力不必要

的漏失掉了,那就要換離合器來令片了;此時,常見的現象有:換檔時不再那麼俐落.直接,出入檔位

不順,或離合器踏板的行程變長了(就是左腳踩離合器踏板時,腳放的時候要比以前抬的更高才行)

這時大概就是離合器來令片的壽命差不多囉,當然,來令片壽命長短這跟駕駛人的開車習慣有很大

的關係,如常重踩油門者,或離合器片未完全分離就換檔者.....

三.齒輪比(Gear ratio)的意義與重要性:

變速箱的重要動作就是更換不同的齒輪組合,我們可以藉由撥動手排檔的檔位來改變齒輪的相對

位子,藉著不同齒輪間的咬合與連接,以達到變換"齒輪比"的目的,完成我們換檔的目的!

就像我們騎變速腳踏車時,撥動手把上的變速器的道理是一樣的^_^

無論是手排還是自排,都有變換齒輪組合以達成更換齒輪比的動作,而『齒輪比』我們定義成:

被動齒輪的大小(半徑)/驅動齒輪的大小(半徑)";我們以一台'99 Acura TL 2.5 V6的汽車來舉例:

這台車有1490kg重,VTEC設計的它有200hp/6200rpm與24.5kgm/4600rpm的動力性能,原廠提供的

齒比資料是:一檔(1速)是2.534;二檔(2速)1.502;三檔(3速)是0.947;四檔(4速)是0.632;而倒退檔

是1.846;就一檔而言:2.534就是被動齒輪的大小(Output)/驅動齒輪的大小(Input)是2.534,因此,

如果以一檔而言,當引擎在4600rpm時有24.5kgm的扭力值,此時(4600rpm),真正推動車身上的

扭力就是:24.5kgm*2.534=62.08kgm;以四速變速箱而言'99 TL的齒比是很普遍化的例子!

我們再看看另一部車Peugeot 206 1.4它的一檔齒比是3.418,二檔是1.810,206 1.4 手排是

五檔位的設計,當206由一檔換到二檔時,它的齒比上的落差就有些大了,應此換檔的頓挫感

應該會比較明顯!

但是,206在一檔時高達3.4的齒輪比,原廠的用意就相當明顯:起步時會很有力!在市區行駛,

走走停停的,這樣的設計是有助於起步衝刺;而各檔位的齒輪比或檔位間齒比的差異,再再都是

影響車子的運動性能,如低檔的高齒比是為了扭力,而高檔(四檔或五檔)的低齒比就是為了高速

行駛與引擎極速的發揮了;再加上又要考慮換檔時的動力差異不致於過大,那到底要如何設定

齒輪比呢?因為齒比過高,就轉的慢;齒比太低又有扭力不足的可能,又不能各檔齒比差異過大;

怎麼辦呢?嗯,ㄟ你一定想的到:那就發展更多的檔位囉!如TL的檔位只有四速而已,如果再加入

一個檔位,那一檔(1速)的2.534就可以再高些,那末檔位第五檔就可以再比0.632再低一些些,

且各檔間也可以調整成更縝密的齒比變化!而緊密的齒比變化就是動力銜接順暢,拉轉速換檔

快速的優點,因此,高性能車款都是採多檔位且緊密度良好的變速箱,如:五檔位的自排變速箱,

或六檔位甚至於七檔位的手排變速箱!

同樣的道理,市面上也有更換變速箱齒輪比的套件供車主使用,如果希望低檔位扭力再高一些

就把齒輪比改的大一些;如果車主希望在尾速的Top-speed再加以突破的話,就可以把高檔位

的齒比調的小一些,Of course,不能調的太離譜,小到扭力不足以驅動飛輪哩 @_@

i am so sorry i don't knoe