Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 自手排的換檔

2007年6月10日 星期日

自手排的換檔


我是王啟維

這是補充一些我之前說過自手排的觀念
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:

  • (1)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!
  • (2)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.
  • (3)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!
  • (4)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!

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