巧克力工厂

我这个人有个毛病，很多事情都想知其然也想知其所以然。比如说，开车的人，有几个知道变速器的原理的？我想大多数人都觉得开的动就行，原理搞的那么清干吗？我觉得这种想法是对的，省时间省精力，但自己却没有办法控制自己，非得弄清楚变速箱是怎么运作的。下面就把我的学习笔记记录在 blog 上。

遵循由简入易的原理，我先从手动变速箱的原理开始说起。

上图是一个 Mercedes-Benz C-class 两门跑车的六档手动变速箱。看上去，除了看到一大堆复杂的零件，每一个都不知道有什么用，但如果把它简化一下，就容易明白了。

一辆汽车的动力系统工作原理大概就是这样：首先 engine (发动机) 把动力通过 clutch (离合器) 输入给变速箱，变速箱通过不同的档位把动力转给 drive shaft，最后 drive shaft 推动轮子的转动。当然还要为每个轮子的动力进行分配，也就是上图中的 differential，但那跟变速箱的工作原理就没什么关系了。

变速箱是个封闭的空间，我们把它拆开来研究一下。

这个图很简单，但是很明白地解释了手动变速箱的工作原理。这个图的关键是，要明白金色的轴连接的是车轮，在发动机运转时，而 collar 没有跟任何一个蓝色的齿轮咬合的情况下，金色的轴是不转的，因此车轮也不转。这个时候变速箱挂在空档上。如果 collar 跟其左右的任意一蓝色齿轮咬合，都将带动金色轴的转动也将带动车轮的转动。所以 collar 也是一个关键的部件，它往哪个蓝色的齿轮上靠，决定了汽车行驶在几档上。

我们来看一个完整点的手动变速器。

图中圆圈中的数字分别代表了 collar 与之咬合后汽车行驶的档位。不难看出，从一档到五档，齿数比依次减小。说到这里，解释一下齿数比的概念，齿数比就是主动齿轮和从动齿轮的齿数的比值。这就可以解释两个问题（我自己之前的疑问）：1. 为什么低档时，汽车的“劲”大。2. 为什么低速挂低档省油，高速挂高档省油。

第一个问题的解释如下，齿数比越大，扭矩越大，汽车越有“劲”。至于为什么齿数比越大，汽车越有“劲”，可以用数学方法证明，我就不写在这里了，感兴趣的朋友可以跟我交流。第二个问题，因为功率=力x速度，扭矩=力x力矩，那么在力矩不变的情况下（也就是在车轮大小不变的情况下），我们可以把工式里的“力”=“力矩”。低档位的时候，扭矩较大，速度较慢。反之亦然。

以上是手动变速箱的基本工作原理，还有一些譬如同步器和倒档没有记录下来，其实原理并不复杂，了解到基本的知识这些都很好掌握。