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

Fordi du læser Art of Manliness, ved du, hvordan man kører med gearstang. Men ved du, hvad der foregår under motorhjelmen, når du skifter gear?

Ikke det?

Så er det din heldige dag i dag!

I denne udgave af Gearhead 101 tager vi et kig på, hvordan en manuel gearkasse fungerer. Når du er færdig med at læse denne artikel, bør du have en grundlæggende forståelse af denne vitale del af din bils drivlinje.

Lad os smøge ærmerne op og komme i gang.

Bemærk: Før du læser, hvordan en gearkasse fungerer, anbefaler jeg på det kraftigste, at du læser vores Gearhead 101s om, hvordan motorer og drivlinjer fungerer.

Hvad transmissioner gør

Før vi går i detaljer med, hvordan en manuel gearkasse fungerer, så lad os tale om, hvad gearkasser gør i almindelighed.

Som beskrevet i vores grundbog om, hvordan en bilmotor fungerer, skaber motoren i din bil rotationskraft. For at flytte bilen er vi nødt til at overføre denne rotationskraft til hjulene. Det er det, bilens drivlinje - som transmissionen er en del af - gør.

Men der er et par problemer med kraft produceret af en forbrændingsmotor. For det første leverer den kun brugbar kraft, eller drejningsmoment, inden for et bestemt område af motorhastigheden (dette område kaldes motorens effektbånd). Hvis du kører for langsomt eller for hurtigt, får du ikke den optimale mængde drejningsmoment til at få bilen til at bevæge sig. For det andet har biler ofte brug for mere eller mindre drejningsmoment end det, motoren optimalt kanlevere inden for sit effektområde.

For at forstå det andet problem, må man forstå det første problem. Og for at forstå det første problem, må man forstå forskellen mellem en motor hastighed og motor drejningsmoment .

Motorens omdrejningstal er den hastighed, hvormed motorens krumtapaksel drejer rundt. Det måles i omdrejninger pr. minut (RPM).

Motorens drejningsmoment er den drejende kraft, som motoren genererer på akslen ved en bestemt rotationshastighed.

En bilmekaniker gav denne fine analogi for at forstå forskellen mellem motorhastighed og motorens drejningsmoment:

Forestil dig, at du er en motor og forsøger at slå et søm ind i en væg:

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

Drejningsmoment = Hvor hårdt du rammer sømmet hver gang.

Tænk tilbage på sidste gang, du hamrede søm i. Hvis du hamrede rigtig hurtigt, lagde du sikkert mærke til, at du ikke ramte sømmet med særlig stor kraft. Desuden har du sikkert udmattet dig selv ved at svinge så hektisk.

Omvendt, hvis du tager dig god tid mellem hvert sving, men sørger for, at hvert sving er så hårdt som muligt, vil du slå sømmet i med færre sving, men det vil måske tage lidt længere tid, fordi du ikke svinger i et jævnt tempo.

Ideelt set ville du finde et tempo, hvor du kunne ramme sømhovedet flere gange med en god mængde kraft for hvert slag uden at trætte dig selv. Ikke for hurtigt, ikke for langsomt, men bare Ja.

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

Hvis en motor kører under sit effektområde, har du ikke det nødvendige drejningsmoment til at flytte bilen fremad. Hvis den kører over sit effektområde, begynder drejningsmomentet at falde, og din motor begynder at lyde, som om den er ved at gå i stykker på grund af stress (lidt ligesom det, der sker, når du forsøger at hamre for hurtigt - du rammer sømmet med mindre kraft, og du bliver virkelig, virkelig træt). Hvis du har kørt din motor op i omdrejningerIndtil omdrejningstælleren går 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 en bil kørende i dens effektområde, så den arbejder effektivt.

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

Når du for eksempel starter en bil fra stilstand, har du brug for en masse kraft, eller drejningsmoment, for at få bilen i gang. Hvis du træder speederen i bund, får du motorens krumtapaksel til at dreje rigtig hurtigt, hvilket får motoren til at gå langt over sit effektområde og muligvis ødelægge sig selv i processen. Og det værste er, at du ikke engang vil flytte bilen så meget, fordi drejningsmomentet falder på enI denne situation har vi brug for meget mere drejningsmoment, men for at få det, er vi nødt til at ofre noget hastighed.

Hvad nu, hvis du bare trykker en lille smule på speederen? Det vil sandsynligvis ikke få motoren til at spinde hurtigt nok til at komme ind i sit effektområde, så den kan levere det drejningsmoment, der skal til for at få bilen i gang.

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

Det, vi har brug for, er en måde at mangedoble den effekt, som motoren producerer, når der er brug for den (når man starter fra stilstand, kører op ad en bakke osv.), men også at reducere den mængde effekt, som motoren sender, når der ikke er brug for den (når man kører ned ad bakke eller kører meget hurtigt).

Indtast transmissionen.

Transmissionen sørger for, at din motor snurrer optimalt (hverken for langsomt eller for hurtigt), samtidig med at den giver dine hjul den rette mængde kraft til at flytte og stoppe bilen, uanset hvilken situation du befinder dig i.

Den er i stand til at gøre dette effektivt ved at overføre kraft gennem en række gear af forskellig størrelse, der udnytter kraften i gearforholdet.

Gearforhold

Inde i transmissionen er der en række tandhjul i forskellige størrelser, som producerer drejningsmoment. Fordi tandhjulene, der interagerer med hinanden, har forskellige størrelser, kan drejningsmomentet øges eller mindskes uden at ændre hastigheden på motorens rotationskraft ret meget. Det er takket være udvekslingsforholdene.

Udvekslingsforhold repræsenterer tandhjulenes størrelsesforhold til hinanden. Når tandhjul af forskellig størrelse griber ind i hinanden, kan de dreje med forskellige hastigheder og levere forskellige mængder kraft.

Lad os se på en dum version af gear i aktion for at forklare dette. Lad os sige, at du har et indgangsgear med 10 tænder (med indgangsgear mener jeg et gear, der genererer kraften) forbundet til et større udgangsgear med 20 tænder (med udgangsgear mener jeg et gear, der modtager kraften). For at dreje det 20-tandede gear én gang, skal det 10-tandede gear dreje to gange, fordi det er halvt så stort som det 20-tandede gear.Det betyder, at selv om det 10-tandede tandhjul drejer hurtigt, drejer det 20-tandede tandhjul langsomt. Og selv om det 20-tandede tandhjul drejer langsommere, leverer det mere kraft, fordi det er større. Udvekslingsforholdet i dette arrangement er 1:2. Det er et lavt udvekslingsforhold.

Eller lad os sige, at de to tandhjul, der er forbundet med hinanden, har samme størrelse (10 tænder og 10 tænder). De vil begge dreje med samme hastighed, og de vil begge levere den samme mængde kraft. Gearforholdet her er 1:1. Dette kaldes et "direkte drev"-forhold, fordi de to tandhjul overfører den samme mængde kraft.

Eller lad os sige, at indgangsgearet var større (20 tænder) og udgangsgearet var mindre (10 tænder). For at dreje det 10-tandede gear én gang, behøver det 20-tandede gear kun at dreje halvt. Det betyder, at selvom det 20-tandede indgangsgear drejer langsomt og med mere kraft, drejer det 10-tandede udgangsgear hurtigt og leverer mindre kraft. Gearforholdet her er 2:1. Det kaldes højt gear.forhold.

Lad os bringe det koncept tilbage til formålet med transmissionen.

Nedenfor finder du et diagram over kraftstrømmen, når de forskellige gear i en bil med 5-trins manuel gearkasse aktiveres.

Første gear. Det er det største gear i transmissionen, og det er sammenkoblet med et lille gear. Et typisk gearforhold, når en bil er i første gear, er 3.166:1. Når første gear er sat i, leveres der 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 i indgreb med et mindre gear. Et typisk gearforhold er 1,882:1. Hastigheden øges, og effekten mindskes en smule.

Tredje gear. Det tredje gear er lidt mindre end det andet, men stadig i indgreb med et mindre gear. Et typisk gearforhold er 1,296:1.

Fjerde gear. Fjerde gear er lidt mindre end tredje. I mange biler bevæger udgangsakslen sig med samme hastighed som indgangsakslen, når bilen er i fjerde gear. Dette arrangement kaldes "direkte drev." Et typisk gearforhold er 0,972:1.

Femte gear. I køretøjer med et 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 gearkasse

Så nu burde du have en grundlæggende forståelse af gearkassens formål: Den sørger for, at din motor kører optimalt (hverken for langsomt eller for hurtigt), samtidig med at den forsyner dine hjul med den rette mængde kraft, de har brug for til at flytte og stoppe bilen, uanset hvilken situation du befinder dig i.

Lad os tage et kig på de dele af transmissionen, der gør dette muligt:

Indgangsaksel. Indgangsakslen kommer fra motoren, og den drejer rundt med samme hastighed og kraft som motoren.

Modaksel. Kontraakslen sidder lige under udgangsakslerne. Kontraakslen forbindes direkte til indgangsakslen via et gear med fast hastighed. Når indgangsakslen drejer rundt, gør kontraakslen det også, og med samme hastighed som indgangsakslen.

Ud over det gear, der tager kraften fra indgangsakslen, har kontraakslen også flere gear på sig, et for hvert af bilens "gear" (1.-5.), inklusive bakgear.

Udgangsaksel. Udgangsakslen løber parallelt over modakslen. Det er denne aksel, der leverer kraft til resten af drivlinjen. Mængden af kraft, som udgangsakslen leverer, afhænger af, hvilke gear der er sat i. Udgangsakslen har frit roterende tandhjul, der er monteret på den med kuglelejer. Udgangsakslens hastighed bestemmes af, hvilke af de fem tandhjul der er i "gear" eller sat i indgreb.

1.-5. gear. Det er de tandhjul, der er monteret på udgangsakslen med lejer og bestemmer, hvilket "gear" din bil er i. Hvert af disse tandhjul er konstant indgrebet med et af tandhjulene på modakslen og drejer konstant rundt. Dette konstant indgreb er, hvad du ser i synkroniserede transmissioner eller transmissioner med konstant indgreb, som de fleste moderne køretøjer bruger. (Vi vil gå ind i, hvordan alle degearene kan altid dreje rundt, mens kun et af dem rent faktisk leverer kraft til drivlinjen her om lidt).

Første gear er det største gear, og gearene bliver gradvist mindre, når du kommer til femte gear. Husk, gearforhold. Fordi første gear er større end det modakselgear, det er forbundet med, kan det dreje langsommere end indgangsakslen (husk, modakslen bevæger sig med samme hastighed som indgangsakslen), men levere mere kraft til udgangsakslen. Når du bevæger dig op i gear, er gearforholdetfalder, indtil du når det punkt, hvor indgangs- og udgangsakslerne bevæger sig med samme hastighed og leverer den samme mængde kraft.

Tomgangsgear. Tomgangsgearet (også kaldet "reverse idler gear") sidder mellem bakgearet på udgangsakslen og et gear på modakslen. Tomgangsgearet er det, der gør det muligt for din bil at køre i bakgear. Bakgearet er det eneste gear i en synkroniseret transmission, der ikke altid er i indgreb eller roterer med et modakselgear. Det bevæger sig kun, når du rent faktisk sætter bilen i bakgear.

Synkronisering af kraver/ærmer. De fleste moderne køretøjer har en synkroniseret transmission, hvilket betyder, at de tandhjul, der leverer kraft til udgangsakslen, konstant er i indgreb med tandhjulene på modakslen og konstant drejer rundt. Men du tænker måske: "Hvordan kan alle fem tandhjul være i konstant indgreb og konstant dreje rundt, når kun ét af disse tandhjul rent faktisk leverer kraft til udgangsakslen?"

Det andet problem, der opstår, når tandhjulene altid drejer rundt, er, at drivhjulet ofte roterer med en anden hastighed end den udgangsaksel, som tandhjulet er forbundet til. Hvordan synkroniserer man et tandhjul, der drejer rundt med en anden hastighed end udgangsakslen, på en jævn måde, der ikke forårsager en masse slibning?

Svaret på begge spørgsmål: synkroniseringshalsbånd.

Som nævnt ovenfor er gear 1-5 monteret på udgangsakslen via kuglelejer. Dette gør det muligt for alle gearene at dreje frit på samme tid, mens motoren kører. For at aktivere et af disse gear skal vi fastgøre det til udgangsakslen, så der leveres kraft til udgangsakslen og derefter til resten af drivlinjen.

Mellem hvert af gearene er der ringe, der kaldes synkroniseringsringe. På en femtrins gearkasse er der en ring mellem 1. og 2. gear, mellem 3. og 4. gear og mellem 5. gear og bakgearet.

Hver gang du sætter bilen i et gear, skifter synkroniseringskraven over til det bevægelige gear, du ønsker at koble ind. På ydersiden af gearet er der en række kegleformede tænder. Synkroniseringskraven har riller til at modtage disse tænder. Takket være fremragende mekanisk konstruktion kan synkroniseringskraven kobles til et gear med meget lidt støj eller friktion, selv mens gearet bevæger sig,Når synkroniseringsbåndet er i indgreb med det drivende gear, leverer det drivende gear kraft til udgangsakslen.

Når en bil er "neutral", er ingen af synkroniseringshalsbåndene i indgreb med et drivhjul.

Synkroniseringshalsbånd er også noget, der er lettere at forstå visuelt. Her er et kort lille klip, der forklarer, hvad der foregår (starter ved ca. 1:59):

Gearskifte. Gearstangen er det, du bevæger for at sætte en bil i gear.

Skiftestang. Skiftestængerne bevæger synkroniseringshalsbåndene mod det gear, du vil skifte til. På de fleste biler med fem gear er der tre skiftestænger. Den ene ende af en skiftestang er forbundet med gearstangen. I den anden ende af skiftestangen er der en skiftegaffel, som holder synkroniseringshalsbåndet.

Skiftegaffel. Skiftegaflen holder synkroniseringsbåndet.

Clutch. Koblingen sidder mellem motoren og gearkassen i transmissionen. Når koblingen er frakoblet, afbryder den strømmen mellem motoren og gearkassen. Denne afbrydelse af strømmen gør det muligt for motoren at fortsætte med at køre, selvom resten af bilens drivlinje ikke får nogen strøm. Med motorkraft afbrudt fra transmissionen er det meget lettere at skifte gear ogDet er derfor, at når du skifter gear, skal du træde på koblingspedalen og koble ud.

Når koblingen aktiveres - din fod slipper pedalen - genskabes kraften mellem motor og gearkasse.

Sådan fungerer manuelle gearkasser

Så lad os samle det hele og gennemgå, hvad der sker, når du skifter gear i en bil. Vi begynder med at starte en bil og skifte op til andet gear.

Når du starter en bil med manuel gearkasse, kobler du gearkassen ud, før du drejer nøglen. kobling ved at træde koblingspedalen i bund. Dette afbryder strømmen mellem motorens indgangsaksel og transmissionen. Dette gør det muligt for din motor at køre uden at levere strøm til resten af køretøjet.

Når koblingen er frakoblet, bevæger man gearskifte i første gear. Det forårsager en Skiftestang i din transmissions gearkasse til at bevæge Skiftegaffel mod første gear, som er monteret på Udgangsaksel via kuglelejer.

Dette første tandhjul på udgangsakslen er i indgreb med et tandhjul, der er forbundet med et modaksel Forakslen forbindes til motorens indgangsaksel via et gear og drejer rundt med samme hastighed som motorens indgangsaksel.

Fastgjort til skiftegaflen er en Synkroniseringsbånd Synkroniseringsbåndet gør to ting: 1) det monterer drivgearet solidt på udgangsakslen, så gearet kan levere kraft til udgangsakslen, og 2) det sikrer, at gearet synkroniseres med udgangsakslens hastighed.

Når synkroniseringsbåndet er i indgreb med det første gear, er gearet fast forbundet med udgangsakslen, og bilen er nu i gear.

For at få bilen til at køre, trykker du let på speederen (hvilket skaber mere motorkraft) og fjerner langsomt foden fra koblingen (hvilket aktiverer koblingen og genforbinder kraften mellem motoren og gearkassen).

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

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

Når du først har fået gang i bilen, vil du gerne køre hurtigere. Men med bilen i første gear kan du ikke køre særlig hurtigt, fordi gearforholdet får udgangsakslen til at dreje med en bestemt hastighed. Hvis du træder speederen i bund med bilen i første gear, får du bare motorens indgangsaksel til at dreje rigtig hurtigt (og muligvis beskadige motoren i processen), men ikkese en stigning i køretøjets hastighed.

For at øge hastigheden på udgangsakslen er vi nødt til at skifte op til andet gear. Så vi træder på koblingen for at afbryde strømmen mellem motoren og gearkassen og skifter til andet gear. Dette bevæger gearstangen, der har en skiftegaffel og en synkroniseringskrave mod andet gear. Synkroniseringskraven synkroniserer andet gears hastighed med udgangsakslen og monterer den fast tilUdgangsakslen kan nu rotere hurtigere, uden at motorens indgangsaksel roterer voldsomt for at producere den kraft, bilen har brug for.

For resten af de fem gear er det skyl, vask og gentag.

Bakgearet er undtagelsen. I modsætning til de andre køregear, hvor du kan skifte op uden at standse bilen helt, skal du stå stille for at skifte i bakgear. Det skyldes, at bakgearet ikke konstant er i indgreb med et gear på modakslen. For at skubbe bakgearet ind i det tilsvarende modakselgear, skal du sørge for, at modakslen ikke bevæger sig. For at sikre, atmodakslen ikke drejer rundt, skal du have bilen stoppet helt.

Selvfølgelig kan man tvinge en fremadkørende bil i bakgear, men det hverken lyder eller føles pænt, og man kan forårsage stor skade på transmissionen.

Nu ved du, hvad der foregår under motorhjelmen, hver gang du sætter bilen i gear. Næste punkt: automatiske gearkasser.