Мануал трансмиссия что это

Агрегат автотранспортного средства, используемый для преобразования передаточного отношения. Выбор передачи производится водителем автомобиля вручную, путем переключения определенных ступеней (передач) КПП, обладающих разными передаточными числами.

Основной принцип работы Manual Transmission в том, что шестерни, находящиеся в ее корпусе, попеременно цепляются за вал, формируя при этом передачи с различным передаточным числом.

Происходит это в разнообразных комбинациях, в зависимости от выбора водителя.

Manual Transmission обеспечивает корректную работу двигателя во время передвижения транспортного средства.

A manual transmission (MT), also known as manual gearbox, standard transmission (in Canada, the United Kingdom, and the United States), or stick shift (in the United States), is a multi-speed motor vehicle transmission system, where gear changes require the driver to manually select the gears by operating a gear stick and clutch (which is usually a foot pedal for cars or a hand lever for motorcycles).

Early automobiles used sliding-mesh manual transmissions with up to three forward gear ratios. Since the 1950s, constant-mesh manual transmissions have become increasingly commonplace and the number of forward ratios has increased to 5-speed and 6-speed manual transmissions for current vehicles.

The alternative to a manual transmission is an automatic transmission; common types of automatic transmissions are the hydraulic automatic transmission (AT), and the continuously variable transmission (CVT), whereas the automated manual transmission (AMT) and dual-clutch transmission (DCT) are internally similar to a conventional manual transmission, but are shifted automatically.

Alternately, there are transmissions which facilitate automatic clutch operation, but the driver’s input is still required to manually change gears; namely semi-automatic transmissions. These systems are based on the design of a conventional manual transmission, with a gear shifter, and are mechanically similar to a conventional manual transmission, with the driver’s control and input still required for manually changing gears (like with a standard manual transmission), but the clutch system is completely automated, and the mechanical linkage for the clutch pedal is completely replaced by an actuator, servo, or solenoid and sensors, which operate the clutch system automatically, when the driver touches or moves the gearshift. This removes the need for a physical clutch pedal.

OverviewEdit

A manual transmission requires the driver to operate the gear stick and clutch in order to change gears (unlike an automatic transmission or semi-automatic transmission, where one (typically the clutch) or both of these functions are automated). Most manual transmissions for cars allow the driver to select any gear ratio at any time, for example shifting from second to fourth gear, or fifth to third gear. However, sequential manual transmissions, which are commonly used in motorcycles and racing cars, only allow the driver to select the next-higher or next-lower gear.

In a vehicle with a manual transmission, the flywheel is attached to the engine’s crankshaft, therefore rotating at engine speed. A clutch sits between the flywheel and the transmission input shaft, controlling whether the transmission is connected to the engine (clutch engaged— the clutch pedal is not being pressed) or not connected to the engine (clutch disengaged— the clutch pedal is being pressed down). When the engine is running and the clutch is engaged (i.e., clutch pedal up), the flywheel spins the clutch plate and hence the transmission.

The design of most manual transmissions for cars is that gear ratios are selected by locking selected gear pairs to the output shaft inside the transmission. This is a fundamental difference compared with a typical hydraulic automatic transmission, which uses an epicyclic (planetary) design, and a hydraulic torque converter. An automatic transmission that allows the driver to control the gear selection (such as shift paddles or «+/-» positions on the gear selector) is called a manumatic transmission, and is not considered a manual transmission. Some automatic transmissions are based on the mechanical build and internal design of a manual transmission but have added components (such as computer-controlled actuators and sensors) which automatically control the timing and speed of the gear shifts and clutch; this design is typically called an automated manual transmission (or sometimes a clutchless manual transmission).

Contemporary manual transmissions for cars typically use five or six forward gears ratios and one reverse gear, however, transmissions with between two and seven gears have been produced at times. Transmissions for trucks and other heavy equipment often have between eight and twenty-five gears,^{[citation needed]} in order to keep the engine speed within the optimal power band for all typical road speeds. Operating such transmissions often uses the same pattern of shifter movement with a single or multiple switches to engage the next sequence of gears.

• Manual transmissions in operation

• Operation of a constant-mesh 4-speed manual transmission

• Non-synchronous «crash» gearbox; with sliding-mesh design, used in older vehicles

• Operation of a constant-mesh 4-speed sequential manual transmission, commonly used in motorcycles and race cars

• 1936 film of automobile gearbox

HistoryEdit

1890s to 1940sEdit

Cherrier two speed gear, circa 1900^[1]

Many of the first automobiles were rear-engined, with a simple belt-drive functioning as a single-speed transmission. The 1891 Panhard et Levassor is considered a significant advance in automotive transmissions since it used a three-speed manual transmission.^[2][3] This transmission, along with many similar designs that it inspired, was a non-synchronous (also called sliding-mesh) design where gear changes involved sliding the gears along their shafts so that the desired cogs became meshed. The driver was therefore required to use careful timing and throttle manipulation when shifting, so the gears would be spinning at roughly the same speed when engaged; otherwise, the teeth would refuse to mesh. This was difficult to achieve, so gear changes were often accompanied by grinding or crunching sounds, resulting in the gearboxes being nicknamed «crash boxes».^[4] Even after passenger cars had switched to synchronous transmissions (i.e. with synchronizers), many transmissions for heavy trucks, motorcycles and racing cars remained non-synchronous, in order to withstand the forces required or provide a faster shift time.

1950s to 1980sEdit

Top and side view of a typical manual transmission, in this case, a Ford Toploader, used in vehicles with external floor shifters.

The first car to use a manual transmission with synchromesh was the 1929 Cadillac,^[5] however most cars continued to use non-synchronous transmissions until at least the 1950s. In 1947, Porsche patented the split ring synchromesh system, which went on the become the most common design for passenger cars.^[6] The 1952 Porsche 356 was the first car to use a transmission with synchromesh on all forward gears.^[7][8] In the early 1950s, most cars only had synchromesh for the shift from third gear to second gear (drivers’ manuals in vehicles suggested that if the driver needed to shift from second to first, it was best to come to a complete stop beforehand).

Up until the late 1970s, most transmissions had three or four forward gear ratios, although five-speed manual transmissions were occasionally used in sports cars such as the 1948 Ferrari 166 Inter and the 1953 Alfa Romeo 1900 Super Sprint. Five-speed transmissions became widespread during the 1980s, as did the use of synchromesh on all forward gears.

1990s to presentEdit

Six-speed manual transmissions started to emerge in high-performance vehicles in the early 1990s, such as the 1990 BMW 850i and the 1992 Ferrari 456. The first 6-speed manual transmission was introduced in the 1967 Alfa Romeo 33 Stradale. The first 7-speed manual transmission was introduced in the 2012 Porsche 911 (991).^[9]

In 2008, 75.2% of vehicles produced in Western Europe were equipped with manual transmission, versus 16.1% with automatic and 8.7% with other.^[10]

InternalsEdit

16-speed (2×4×2) ZF 16S181 – opened transmission housing (2×4×2)

16S181 — opened planetary range housing (2×4×2)

ShaftsEdit

A manual transmission has several shafts with various gears and other components attached to them. Most modern passenger cars use ‘constant-mesh’ transmissions consisting of three shafts: an input shaft, a countershaft (also called a layshaft) and an output shaft.^[11]

The input shaft is connected to the engine and spins at engine speed whenever the clutch is engaged.^[12] The countershaft has gears of various sizes, which are permanently meshed with the corresponding gear on the input shaft.^[13] The gears on the output shaft are also permanently meshed with a corresponding gear on the countershaft, however, the output shaft gears are able to rotate independently of the output shaft itself (through the use of bearings located between the gears and the shaft).^[14] Through the use of collars (operated using the shift rods), the speed of the output shaft becomes temporarily locked to the speed of the selected gear.^[15] Some transmission designs—such as in the Volvo 850 and S70—have two countershafts, both driving an output pinion meshing with the front-wheel-drive transaxle’s ring gear. This allows for a narrower transmission since the length of each countershaft is halved compared with one that contains four gears and two shifters.

The fixed and free gears can be mounted on either the input or output shaft or both. For example, a five-speed transmission might have the first-to-second selectors on the countershaft, but the third-to-fourth selector and the fifth selector on the main shaft. This means that when the vehicle is stopped and idling in neutral with the clutch engaged and the input shaft spinning, the third-, fourth-, and fifth-gear pairs do not rotate.

When neutral is selected, none of the gears on the output shaft are locked to the shaft, allowing the input and output shafts to rotate independently. For reverse gear, an idler gear is used to reverse the direction in which the output shaft rotates. In many transmissions, the input and output shafts can be directly locked together (bypassing the countershaft) to create a 1:1 gear ratio which is referred to as direct-drive.

In a transmission for longitudinal engined vehicles (e.g. most rear-wheel-drive cars), it is common for the input shaft and output shaft to be located on the same axis, since this reduces the torsional forces to which the transmission casing must withstand. The assembly consisting of both the input and output shafts is referred to as the main shaft (although sometimes this term refers to just the input shaft or output shaft). Independent rotation of the input and output shafts is made possibly by one shaft being located inside the hollow bore of the other shaft, with a bearing located between the two shafts.

In a transmission for transverse engined vehicles (e.g., front-wheel-drive cars), there are usually only two shafts: input and countershaft (sometimes called input and output). The input shaft runs the whole length of the gearbox, and there is no separate input pinion. These transmissions also have an integral differential unit, which is connected via a pinion gear at the end of the counter/output shaft.

• Gear selection in a constant-mesh transmission

• First gear (blue, to back)

• Second gear (blue, to front)

• Third gear (purple, to back)

• Fourth gear (purple, to front)

Dog clutchEdit

In a modern constant-mesh manual transmission, the gear teeth are permanently in contact with each other, and dog clutches (sometimes called dog teeth) are used to select the gear ratio for the transmission. When the dog clutches for all gears are disengaged (i.e. when the transmission is in neutral), all of the gears are able to spin freely around the output shaft. When the driver selects a gear, the dog clutch for that gear is engaged (via the gear selector rods), locking the transmission’s output shaft to a particular gear set. This means the output shaft rotates at the same speed as the selected gear, thus determining the gear ratio of the transmission.^[16]

The dog clutch is a sliding selector mechanism that sits around the output shaft. It has teeth to fit into the splines on the shaft, forcing that shaft to rotate at the same speed as the gear hub. However, the clutch can move back and forth on the shaft, to either engage or disengage the splines. This movement is controlled by a selector fork that is linked to the gear lever. The fork does not rotate, so it is attached to a collar bearing on the selector. The selector is typically symmetric: it slides between two gears and has a synchromesh and teeth on each side in order to lock either gear to the shaft. Unlike some other types of clutches (such as the foot-operated clutch of a manual-transmission car), a dog clutch provides non-slip coupling and is not suited to intentional slipping.

SynchromeshEdit

In order to provide smooth gearshifts without requiring the driver to manually match the engine revs for each gearshift, most modern passenger car transmissions use ‘synchromesh’ (also called ‘synchronizer rings’) on the forward gears. These devices automatically match the speed of the input shaft with that of the gear being selected, thus removing the need for the driver to use techniques such as double-clutching. The synchromesh transmission was invented in 1919 by Earl Avery Thompson and first used on production cars by Cadillac in 1928.^[17]

The need for synchromesh in a constant-mesh transmission is that the dog clutches require the input shaft speed to match that of the gear being selected; otherwise, the dog teeth will fail to engage and a loud grinding sound will be heard as they clatter together. Therefore, to speed up or slow down the input shaft as required, cone-shaped brass synchronizer rings are attached to each gear. When the driver moves the gearshift lever towards the next gear, these synchronizer rings press on the cone-shaped sleeve on the dog collar so that the friction forces can reduce the difference in rotational speeds.^[18] Once these speeds are equalized, the dog clutch can engage, and thus the new gear is now in use. In a modern gearbox, the action of all of these components is so smooth and fast it is hardly noticed. Many transmissions do not include synchromesh on the reverse gear (see Reverse gear section below).^{[citation needed]}

The synchromesh system must also prevent the collar from bridging the locking rings while the speeds are still being synchronized. This is achieved through ‘blocker rings’ (also called ‘baulk rings’). The synchro ring rotates slightly because of the frictional torque from the cone clutch. In this position, the dog clutch is prevented from engaging. Once the speeds are synchronized, friction on the blocker ring is relieved and the blocker ring twists slightly, bringing into alignment certain grooves or notches that allow the dog clutch to fall into the engagement.^{[citation needed]}

Common metals for synchronizer rings are brass and steel, and are produced either by forging or sheet metal shaping. The latter involves stamping the piece out of a sheet metal strip and then machining to obtain the exact shape required. The rings are sometimes coated with anti-wear linings (also called ‘friction linings’) made from molybdenum, iron, bronze or carbon (with the latter usually reserved for high-performance transmissions due to their high cost).^[19]

Mechanical wear of the synchronizer rings and sleeves can cause the synchromesh system to become ineffective over time. These rings and sleeves have to overcome the momentum of the entire input shaft and clutch disk during each gearshift (and also the momentum and power of the engine, if the driver attempts a gearshift without fully disengaging the clutch). Larger differences in speed between the input shaft and the gear require higher friction forces from the synchromesh components, potentially increasing their wear rate.^{[citation needed]}

Reverse gearEdit

Even in modern transmissions where all of the forward gears are in a constant-mesh configuration, often the reverse gear uses the older sliding-mesh («crash box») configuration. This means that moving the gearshift lever into reverse results in gears moving to mesh together. Another unique aspect of the reverse gear is that it consists of two gears—an idler gear on the countershaft and another gear on the output shaft—and both of these are directly fixed to the shaft (i.e. they are always rotating at the same speed as the shaft). These gears are usually spur gears with straight-cut teeth which—unlike the helical teeth used for forward gear—results in a whining sound as the vehicle moves in reverse.

When reverse gear is selected, the idler gear is physically moved to mesh with the corresponding gears on the input and output shafts. To avoid grinding as the gears begin to the mesh, they need to be stationary. Since the input shaft is often still spinning due to momentum (even after the car has stopped), a mechanism is needed to stop the input shaft, such as using the synchronizer rings for fifth gear. However, some vehicles do employ a synchromesh system for the reverse gear, thus preventing possible crunching if reverse gear is selected while the input shaft is still spinning.^[20]

Most transmissions include a lockout mechanism to prevent reverse gear from being accidentally selected while the car is moving forwards. This can take the form of a collar underneath the gear knob which needs to be lifted or requiring extra force to push the gearshift lever into the plane of reverse gear.

Non-synchronous transmissionEdit

3-speed non-synchronous «crash» gearbox; used in automobiles pre-1950s and semi-trailer trucks

Another design of transmission that is used in older cars, trucks, and tractors, is a non-synchronous transmission (also known as a crash gearbox). Non-synchronous transmissions use a sliding-mesh (or constant-mesh, in later years) design and have the nickname «crash» because the difficulty in changing gears can lead to gear shifts accompanied by crashing/crunching noises.

ClutchEdit

Exploded view of a flywheel, friction disk, and clutch kit

Vehicles with manual transmissions use a clutch to manage the linkage between the engine and the transmission, and decouple the transmission from the engine during gearshifts and when the vehicle is stationary. Without a clutch, the engine would stall any time the vehicle stopped, and changing gears would be difficult (deselecting a gear while the transmission requires the driver to adjust the throttle so that the transmission is not under load, and selecting a gear requires the engine RPM to be at the exact speed that matches the road speed for the gear being selected).

Most motor vehicles use a pedal to operate the clutch; except for motorcycles, which usually have a clutch lever on the left handlebar.

Gear shift typesEdit

Common shift pattern for a 5-speed transmission

In most vehicles with a manual transmission, the driver selects gears by manipulating a lever called a gear stick (also called a gearshift, gear lever or shifter). In most automobiles, the gear stick is located on the floor between the driver and front passenger, but some cars have a gear stick that is mounted to the steering column or center console.

The movement of the gear stick is transferred (via solid linkages or cables) to the selector forks within the transmission.

Motorcycles typically employ sequential manual transmissions, although the shift pattern is modified slightly for safety reasons. Gear selection is usually via the left-foot (or, on older motorcycles; right-foot) shift lever with a layout of 1–N–2–3–4–5–6.

«Three on the tree» vs. «four on the floor»Edit

During the period when U.S. vehicles usually had only three forward speeds, the most common gear-shifter location was on the steering column, a layout that was sometimes called «three on the tree». By contrast, high-performance cars, and European vehicles in general, mostly used a four-speed transmission with floor-mounted shifters. That layout was referred to as «four on the floor».

Most FR (front-engined, rear-wheel drive) vehicles have a transmission that sits between the driver and the front passenger seat. Floor-mounted shifters are often connected directly to the transmission. FF (front-engined, front-wheel drive) vehicles, RR (rear-engined, rear-wheel drive) vehicles and front-engined vehicles with rear-mounted gearboxes often require a mechanical linkage to connect the shifter to the transmission.

Column-mounted shifterEdit

Column mounted gear shift lever in a Saab 96

Some vehicles have a gear lever mounted on the steering column. A 3-speed column shifter, which came to be popularly known as a «three on the tree», began appearing in America in the late 1930s and became common during the 1940s and 1950s. If a U.S. vehicle was equipped with overdrive, it was very likely to be a Borg-Warner type, operated by briefly backing off the accelerator pedal when above 28 mph (45 km/h) to enable, and momentarily flooring the same pedal to return to normal gear. The control simply disables overdrive for such situations as parking on a hill or preventing unwanted shifting into overdrive.^{[citation needed]}

Later, European and Japanese models began to have 4-speed column shifters with this shift pattern:

A majority of American-spec vehicles sold in the U.S. and Canada had a 3-speed column-mounted shifter—the first generation Chevrolet/GMC vans of 1964–70 vintage had an ultra-rare 4-speed column shifter. The column-mounted manual shifter disappeared in North America by the mid-1980s, last appearing in the 1987 Chevrolet pickup truck. Prior to 1980, the GM X platform compacts (Chevrolet Nova and its rebadged corporate clones) were the final passenger cars to have a column-mounted manual shifter. Outside North America, the column-mounted shifter remained in production. All Toyota Crown and Nissan Cedric taxis in Hong Kong had the 4-speed column shift until 1999 when automatic transmissions were first offered. Since the late 1980s or early 1990s,^[vague] a 5-speed column shifter has been offered in some vans sold in Asia and Europe, such as Toyota Hiace, Mitsubishi L400 and the first-gen Fiat Ducato.

Column shifters are mechanically similar to floor shifters, although shifting occurs in a vertical plane instead of a horizontal one. Because the shifter is further away from the transmission, and the movements at the shifter and at the transmission are in different planes, column shifters require more complicated linkage than floor shifters. Advantages of a column shifter are the ability to switch between the two most commonly used gears—second and third—without letting go of the steering wheel, and the lack of interference with passenger seating space in vehicles equipped with a bench seat.

Console-mounted shifterEdit

Some smaller cars in the 1950s and 1960s, such as Citroën 2CV, Renault 4 and early Renault 5 feature a shifter in the dash panel. This was cheaper to manufacture than a column shifter and more practical, as the gearbox was mounted in front of the engine. The linkage for the shifter could then be positioned on top of the engine. The disadvantage is that shifting is less comfortable and usually slower to operate.

Newer small cars and MPVs, like the Suzuki MR Wagon, the Fiat Multipla, the Toyota Matrix, the Pontiac Vibe, the Chrysler RT platform cars, the Honda Element, the Honda Civic, the Daihatsu Sigra, and the Honda Avancier, may feature a manual or automatic transmission gear shifter located on the vehicle’s instrument panel, similar to the mid-1950s Chryslers and Powerglide Corvairs. Console-mounted shifters are similar to floor-mounted gear shifters in that most of the ones used in modern vehicles operate on a horizontal plane and can be mounted to the vehicle’s transmission in much the same way a floor-mounted shifter can. However, because of the location of the gear shifter in comparison to the locations of the column shifter and the floor shifter, as well as the positioning of the shifter to the rest of the controls on the panel often require that the gearshift be mounted in a space that does not feature a lot of controls integral to the vehicle’s operation, or frequently used controls, such as those for the stereo system or HVAC system, to help prevent accidental activation or driver confusion, especially in right-hand drive vehicles.

More and more small cars and vans from manufacturers such as Suzuki, Honda, and Volkswagen are featuring console shifters in that they free up space on the floor for other features such as storage compartments without requiring that the gear shift be mounted on the steering column. Also, the basic location of the gear shift in comparison to the column shifter makes console shifters easier to operate than column shifters.

External overdriveEdit

In the 1950s, 1960s, and 1970s, fuel-efficient highway cruising with low engine speed was in some cases enabled on vehicles equipped with 3- or 4-speed transmissions by means of a separate overdrive unit in or behind the rear housing of the transmission. This was actuated either manually while in high gear by throwing a switch or pressing a button on the gearshift knob or on the steering column, or automatically by momentarily lifting the foot from the accelerator with the vehicle traveling above a certain road speed. Automatic overdrives were disengaged by flooring the accelerator, and a lockout control was provided to enable the driver to disable overdrive and operate the transmission as a normal (non-overdrive) transmission.^[21]

The term ‘overdrive’ is also used to describe a gear with a ratio of less than one (e.g., if the top gear of the transmission has a ratio of 0.8:1).

Push startingEdit

Vehicles with a manual transmission can often be push started when the starter motor is not operational, such as when the car has a dead battery.

When push-starting, the energy generated by the wheels moving on the road is transferred to the driveshaft, then the transmission, and eventually the crankshaft. When the crankshaft spins as a result of the energy generated by the rolling of the vehicle, the motor is cranked over. This simulates what the starter is intended for and operates in a similar way to crank handles on very old cars from the early 20th century, with the cranking motion being replaced by the pushing of the car.

Driving techniquesEdit

Recently, many automatic transmissions have included more gear ratios than their manual counterparts.^[22][23]

In some countries, a driving license issued for vehicles with an automatic transmission is not valid for driving vehicles with a manual transmission, but a license for manual transmissions covers both.^[24]

Hill startsEdit

Starting from a stationary position in a manual transmission vehicle requires extra torque to accelerate the vehicle up the hill, with the potential for the vehicle to roll backward in the time it takes to move the driver’s foot from the brake pedal to the accelerator pedal (to increase the engine RPM before letting out the clutch). The traditional method of hill starts in a manual transmission car is to use the parking brake (also called «handbrake», «emergency brake», or «e-brake») to hold the vehicle stationary. This means that the driver’s right foot is not needed to operate the brake pedal, freeing it up to be used on the accelerator pedal instead. Once the required engine RPM is obtained, the driver can release the clutch, also releasing the parking brake as the clutch engages.

A device called the hill-holder was introduced on the 1936 Studebaker. Many modern vehicles use an electronically actuated parking brake, which often includes a hill-holder feature whereby the parking brake is automatically released as the driven wheels start to receive power from the engine.^[25]

Other driving techniquesEdit

• Rev-matching is where the driver uses the throttle to match the revs to the road speed so that gear changes are not jerky. This is commonly used by drivers with non-synchromesh gearboxes, or those driving racing vehicles^[26]
• Double-clutching is required on non-synchro gearboxes. To double-clutch while downshifting: depress the clutch pedal and move the gear lever to neutral, release the clutch pedal, “blip” the throttle to speed up the layshaft to increase the rotational speed of the lower gear, depress the clutch pedal again, move the gear lever to the lower gear, then release the clutch pedal.
• Heel-and-toe shifting is where the driver uses one foot to modulate the brake and accelerator pedal simultaneously to allow for rev matching under braking.
• Rowing, block shifting or skip shifting^[27] is the technique of downshifting more than one gear in order to reduce wear and tear on the gearbox. Rev-matching may need to be used to create a smooth shift. Combining this with Heel-and Toe downshifting provides for maximum braking when going from top gear to a much lower gear, and optimal engine RPM for exiting the corner.

Synchronized downshift rev-matching systemEdit

The synchronized down shift rev-matching system is a computer-controlled technology that mimics the manual rev-matching technique.

Truck transmissionsEdit

Some trucks have transmissions that look and behave like ordinary^{[clarification needed]} consumer vehicle transmissions—these transmissions are used on lighter trucks, typically have up to 6 gears, and usually have synchromesh.

For trucks needing more gears, the standard «H» pattern can be complicated for some truck drivers, so additional controls are used to select additional gears. The «H» pattern is retained, then an additional control selects among alternatives. In older trucks, the control is often a separate lever mounted on the floor or more recently a pneumatic switch mounted on the «H» lever; in newer trucks, the control is often an electrical switch mounted on the «H» lever. Multi-control transmissions are built in much higher power ratings but rarely use synchromesh.

There are several common alternatives for the shifting pattern. The standard types are:

• Range transmissions use an «H» pattern through a narrow range of gears, then a «range» control shifts the «H» pattern between high and low ranges. For example, an 8-speed range transmission has an H shift pattern with four gears. The first through fourth gears are accessed when a low range is selected. To access the fifth through eighth gears, the range selector is moved to high range, and the gear lever again shifted through the first through fourth gear positions. In high range, the first gear position becomes fifth, the second gear position becomes sixth, and so on.
• Splitter transmissions use an «H» pattern with a wide range of gears, and the other selector splits each sequential gear position in two: First gear is in the first position/low split, second gear is in the first position/high split, third gear is in second position/low split, fourth gear is in second position/high split, and so on.
• Range-splitter transmissions combine range-splitting and gear-splitting. This allows even more gear ratios. Both a range selector and a splitter selector are provided.

Although there are many gear positions, shifting through gears usually follows a regular pattern. For example, a series of up shifts might use «move to splitter direct; move to splitter overdrive; move the shift lever to No. 2 and move splitter to underdrive; move splitter to direct; move splitter to overdrive; move the shifter to No. 3 and move splitter to underdrive»; and so on. In older trucks using floor-mounted levers, a bigger problem is common gear shifts require the drivers to move their hands between shift levers in a single shift, and without synchromesh, shifts must be carefully timed or the transmission will not engage. For this reason, some splitter transmissions have an additional «under under» range, so when the splitter is already in «under» it can be quickly downshifted again, without the delay of a double shift.

Modern truck transmissions are most commonly «range-splitter». The most common 13-speed has a standard H pattern, and the pattern from the left upper corner is as follows: R, down to L, over and up to 1, down to 2, up and over to 3, down to 4. The «butterfly» range lever in the center front of the knob is flipped up to high range while in 4th, then shifted back to 1. The 1 through 4 positions of the knob is repeated. Also, each can be split using the thumb-actuated under-overdrive lever on the left side of the knob while in high range. The «thumb» lever is not available in low range, except in 18 speeds; 1 through 4 in the low range can be split using the thumb lever and L can be split with the «Butterfly» lever. L cannot be split using the thumb lever in either the 13- or 18-speed. The 9-speed transmission is like a 13-speed without the under-overdrive thumb lever.

Truck transmissions use many physical layouts. For example, the output of an N-speed transmission may drive an M-speed secondary transmission, giving a total of N*M gear combinations. Transmissions may be in separate cases with a shaft in between; in separate cases bolted together; or all in one case, using the same lubricating oil. The second transmission is often called a «Brownie» or «Brownie box» after a popular brand. With a third transmission, gears are multiplied yet again, giving greater range or closer spacing. Some trucks thus have dozens of gear positions, although most are duplicates. Sometimes a secondary transmission is integrated with the differential in the rear axle, called a «two-speed rear end». Two-speed differentials are always splitters. In newer transmissions, there may be two counter shafts, so each main shaft gear can be driven from one or the other countershaft; this allows construction with short and robust countershafts, while still allowing many gear combinations inside a single gear case.

Heavy-duty transmissions are mostly non-synchromesh. Sometimes synchromesh adds weight that could be payload, and is one more thing to fail, and drivers spend thousands of hours driving so can take the time to learn to drive efficiently with a non-synchromesh transmission. Float shifting (also called «floating gears») is changing gears without disengaging the clutch, usually on a non-synchronized transmission used by large trucks. Since the clutch is not used, it is easy to mismatch speeds of gears, and the driver can quickly cause major (and expensive) damage to the gears and the transmission.

Heavy trucks are usually powered with diesel engines. Diesel truck engines from the 1970s and earlier tend to have a narrow power band, so they need many close-spaced gears. Starting with the 1968 Maxidyne, diesel truck engines have increasingly used turbochargers and electronic controls that widen the power band, allowing fewer and fewer gear ratios. As of 2021, fleet operators often use 9, 10, 13, or 18-speed transmissions, but automated manual transmissions are becoming more common on heavy vehicles, as they can improve efficiency and drivability, reduce the barrier to entry for new drivers, and may improve safety by allowing the driver to concentrate on road conditions.^{[citation needed]}

LubricationEdit

Manual transmissions are lubricated with gear oil (or engine oil in some vehicles) which must be changed periodically in some vehicles, although not as frequently as the fluid in an automatic transmission. Gear oil has a characteristic aroma because it contains added sulfur-bearing anti-wear compounds. These compounds are used to reduce the high sliding friction by the helical gear cut of the teeth (this cut eliminates the characteristic whine of straight-cut spur gears). On motorcycles with «wet» clutches (clutch is bathed in engine oil), there is usually nothing separating the lower part of the engine from the transmission, so the same oil lubricates both the engine and transmission.

See alsoEdit

ReferencesEdit

External linksEdit

• As Stick Shifts Fade Into Obscurity, Collectors See Opportunity 24 June 2021 New York Times article by Rob Sass

Помните, как в одной известной песне поется: «Крепче за баранку держись, шофер!» В то время, когда писались слова к этой песне, водителям приходилось время от времени держаться за руль всего лишь одной рукой, орудуя рычагом механической коробки передач. Сегодня же благодаря «автомату» можно подарить «баранке» все свое внимание, не отвлекаясь на игры с «механикой». Рассмотрим же основные типы автоматических трансмиссий.

Вряд ли кто-то будет спорить с тем, что АКПП резко снизила нагрузки водителей, избавив их от необходимости топтать педаль сцепления и подарив возможность даже в салоне автомобиля чувствовать себя так же комфортно, как дома перед телевизором. И если вы решили отдать предпочтение автомобилю с коробкой-автомат, тогда вас ждет довольно непростой выбор типа трансмиссии. Да, обычно конечный потребитель не обращает внимания на устройство КПП, для него главное – это две педали, селектор и стремительно убегающая под автомобиль дорога. Однако не торопитесь, потому как есть типы трансмиссий, которые являются более выигрышным вариантом.

Гидравлический «автомат»: классика в чистом виде

Этот тип АКПП является классическим примером автоматической трансмиссии, особенность которой заключается в том, что между колесами и двигателем напрочь отсутствует какая-либо связь. Вы спросите – а как же передается крутящий момент? Отвечаем – через рабочую жидкость посредством двух турбин. Однако мы эволюционируем, а вместе с нами эволюционирует все, что мы изобретаем, потому сегодня такие коробки управляются специальными электронными устройствами. Это позволяет оснащать гидромеханические коробки передач спортивным и зимним режимом, программами экономичной езды, а также возможностью ручного переключения передач.

Если сравнивать «гидавлику» с МКПП, то первой нужно больше топлива, а также больше времени на разгон. Что ж, за комфорт нужно платить. Но именно «гидравлика» первой бросила вызов устаревшей механике и во многих странах одержала триумфальную победу. Но не в Европе. В Старом Свете коробка-автомат долго не могла прижиться. Возможно, это европейцы такие требовательные, или привычки практически неискоренимы, но инженерам пришлось попотеть, чтобы доработать АКПП для Европы. Но зато после этого «автомат» научился подстраиваться под стиль вождения, что и дало нам в результате экономичный, спортивный и зимний режимы работы.

Многие водители и рады были бы пользоваться АКПП, но при этом ни в какую не хотели отказываться от возможности самостоятельно переключать передачи. И решение нашлось – новые «автоматы» начали оснащать и ручным режимом. У каждого производителя для такого типа коробок существует собственное название, но первым было Autostick. На сегодняшний день самым распространенным названием является придумка компании Audi – Tiptronic. Конструкторы BMW назвали такую коробку Steptronic, а в Volvo решили, что вполне подойдет и Geartronic.

Несмотря на то, что при включении ручного режима водитель сам переключает передачи, в полной мере ручным его все же назвать нельзя. Скорее это полуавтоматика, ведь компьютер трансмиссии продолжает работать в это время и все равно контролирует работу автомобиля.

Роботизированная механика: предвестники Скайнета

МТА (Manual Transmission Automatically Shifted), а в простонародье просто «робот», по своей конструкции претендует на то, чтобы носить гордое имя «механики», но при этом по управлению – это чистой воды АКПП. При этом расход топлива здесь уже значительно меньше, чем на «механике». Но не все так сладко. Есть и своя горчинка: «робот» лоялен лишь в отношении спокойного режима езды. Как только вы решите поддать в топку угля и вдавите педаль газа в пол, сразу же болезненно ощутите, как переключаются передачи. Ощущения похожи на то, будто при каждом переключении передачи вас кто-то толкает в задний бампер. Но это с лихвой компенсируется небольшим весом коробки и ее сравнительно невысокой стоимостью.

«Робот» с двумя сцеплениями: одним сцеплением сыт не будешь

Как мы говорили выше, «робот» нуждался в серьезной доработке, потому как его недостатки существенно влияли на комфорт езды. И конструкторы решили оснастить его сразу двумя сцеплениями.

В массовое производство такая трансмиссия была запущена в 2003 году компанией Volkswagen, которая устанавливала ее на автомобили Golf R32. Такому «роботу» было дано название DSG (Direct Shift Gearbox). Два диска сцепления управляли разными передачами – четными и нечетными. Это значительно смягчило работу коробки, однако и у этого механизма имеется свой недостаток, который нельзя назвать незначительным – это высокая цена. Впрочем, если «робот» с двумя сцеплениями завоюет сердца пользователей, то это перестанет быть проблемой.

Вариатор: отказ от ступеней

Вариаторная трансмиссия (Continuously Variable Transmission) отличается тем, что умеет плавно изменять крутящий момент. Это бесступенчатая АКПП, в которой у передач отсутствует фиксированное передаточное число.

Если сравнивать CVT с классической «гидравликой», то в случае последней мы можем слышать, а также следить по тахометру за работой коробки. А вот вариатор работает очень размеренно, сохраняет баланс скорости и постоянно подхватывает момент смены передачи. Эта коробка не понравится водителям, которые любят «слушать» свой автомобиль, потому как вариатор постоянно работает в одной тональности, словно троллейбус. Однако не стоит сразу отказываться от вариатора в связи с акустической монотонностью: инженеры придумали выход из этой ситуации и снабдили коробку режимом, который позволяет вручную выбирать «виртуальные передачи». Данный режим имитирует смену передач и позволяет водителю чувствовать их переключение, как при езде на обычном «автомате».

Что день грядущий нам готовит?

Что говорят эксперты о том, кому будут принадлежать лавры первенства в будущем? Больше всего очков независимые «судьи» ставят «роботу» с двумя сцеплениями, который считается самой удачной разработкой на данный момент.

Вряд ли будет сдавать свои позиции и вариатор, но здесь все упирается в желание производителей автомобилей совершенствовать данный вид АКПП, в котором недостатков сейчас больше, чем преимуществ.

Классический «автомат» все еще отхватывает свой внушительный кусок пирога, но его время постепенно уходит. Однако еще рано говорить ему терминаторовское «Аста ла виста».

Тип трансмиссии, используемый в автомобилях Механическая коробка передач для полноприводного автомобиля — вид со стороны двигателя Внутреннее устройство механической коробки передач для переднеприводного автомобиля

A механическая коробка передач (также известная как механическая коробка передач ; сокращенно MT ) — это многоскоростная трансмиссия, при которой для переключения передач требуется, чтобы водитель выбирал передачи, вручную управляя рычагом переключения передач и сцеплением (обычно это ножная педаль для автомобилей, или ручной рычаг для мотоциклов).

В ранних автомобилях использовались механические трансмиссии со скользящей сеткой и до трех передаточных чисел. С 1950-х годов механические коробки передач с постоянным зацеплением становятся все более обычным явлением, а количество передаточных чисел увеличилось до 5-ступенчатой ​​и 6-ступенчатой ​​механической трансмиссии для современных автомобилей.

Альтернативой механической коробке передач являются автоматические коробки передач; распространенными типами автоматических трансмиссий являются автоматическая гидравлическая коробка передач (AT), автоматическая механическая коробка передач (AMT), коробка передач с двойным сцеплением (DCT) и бесступенчатая коробка передач (вариатор).

Содержание

• 1 Обзор
• 2 История
  • 2.1 1890-е — 1940-е
  • 2.2 1950-е до 1980-х
  • 2.3 1990-е годы по настоящее время
• 3 Внутреннее устройство
  • 3.1 Вал
  • 3.2 Собака сцепление
  • 3.3 Синхронизатор
  • 3.4 Передача заднего хода
  • 3.5 Несинхронная трансмиссия
• 4 Сцепление
• 5 Рычаг переключения передач
• 6 Внешняя повышающая передача
• 7 Запуск нажатием кнопки
• 8 Скорость переключения передач
• 9 Техника вождения
  • 9.1 Старты на холме
  • 9.2 Другие методы вождения
• 10 Трансмиссии грузовых автомобилей
• 11 Смазка
• 12 См. Также
• 13 Ссылки

Обзор

Работа 4-ступенчатая МКПП Несинхронная «аварийная» коробка передач; использовалась в автомобилях до 1960-х годов Работа 4-ступенчатой ​​секвентальной механической коробки передач Воспроизведение мультимедиа Фильм 1936 года об автомобильной коробке передач

Для ручной трансмиссии водитель должен задействовать рычаг переключения передач и сцепление для переключения передач (в отличие от автоматической коробки передач или полуавтоматической коробки передач, где одна или обе эти функции автоматизированы). Большинство механических трансмиссий для автомобилей позволяют водителю в любое время выбрать любое передаточное число, например, переключаться со 2-й на 4-ю или с 5-й на 3-ю передачу. Однако последовательные механические коробки передач, которые обычно используются на мотоциклах и гоночных автомобилях, позволяют водителю выбирать только следующую более высокую или следующую более низкую передачу.

В автомобиле с механической коробкой передач маховик прикреплен к коленчатому валу двигателя, поэтому он вращается с частотой вращения двигателя. Муфта находится между маховиком и входным валом коробки передач, контролируя, подключена ли трансмиссия к двигателю (сцепление включено — педаль сцепления не нажата) или не подключена к двигателю (сцепление выключено — педаль сцепления нажата.). Когда двигатель работает и сцепление включено (т.е. педаль сцепления поднята), маховик вращает диск сцепления и, следовательно, трансмиссию.

Конструкция большинства механических трансмиссий для автомобилей заключается в том, что передаточные числа выбираются путем блокировки выбранных зубчатых пар на выходном валу внутри трансмиссии. Это принципиальное отличие от типичной автоматической гидравлической трансмиссии, в которой используется планетарная (планетарная) конструкция, и гидротрансформатора. Автоматическая трансмиссия, которая позволяет водителю управлять выбором передачи (например, подрулевыми переключателями или положением «+/-» на селекторе передач), называется мануальной трансмиссией и не считается механической трансмиссией. Некоторые автоматические трансмиссии основаны на механической конструкции и внутренней конструкции механической трансмиссии, но имеют добавленные компоненты (такие как серво- или управляемые компьютером приводы и датчики), которые автоматически контролируют синхронизацию и скорость переключения передач. и сцепление; эту конструкцию обычно называют автоматической механической коробкой передач (или безмуфтовой механической коробкой передач).

Современные механические трансмиссии для автомобилей обычно используют пять или шесть передаточных чисел переднего хода и одну передачу заднего хода, однако время от времени производятся коробки передач с двумя и семью передачами. Коробки передач для грузовиков и другой тяжелой техники часто имеют от восьми до двадцати пяти передач, чтобы поддерживать частоту вращения двигателя в оптимальном диапазоне мощности для всех типичных скоростей движения. При работе таких трансмиссий часто используется одна и та же схема движения переключателя с одним или несколькими переключателями для включения следующей последовательности передач.

История

1890-е — 1940-е годы

Двухскоростная передача Cherrier, около 1900 года

Многие из первых автомобилей были с задним расположением двигателя, с простым ременным приводом, работающим как одинарный. скорость передачи. Модель 1891 Panhard et Levassor считается значительным достижением в области автомобильных трансмиссий, поскольку в ней использовалась трехступенчатая механическая коробка передач. Эта трансмиссия, наряду со многими подобными конструкциями, на которые она вдохновила, была несинхронной (также называемой скользящей зацепкой) конструкцией, в которой переключение передач включало скольжение шестерен вдоль их валов, так что желаемые зубцы входили в зацепление. Поэтому от водителя требовалось тщательно рассчитать время и управлять дроссельной заслонкой при переключении, чтобы шестерни вращались примерно с одинаковой скоростью при включении; в противном случае зубы не будут сцепляться. Этого было трудно достичь, поэтому переключение передач часто сопровождалось скрежетом или хрустом, в результате чего коробки передач прозвали «аварийными коробками». Даже после того, как легковые автомобили были переведены на синхронные трансмиссии (то есть с синхронизаторами), многие трансмиссии для тяжелых грузовиков, мотоциклов и гоночных автомобилей оставались несинхронными, чтобы выдерживать требуемые силы или обеспечивать более быстрое время переключения.

1950-е гг. до 1980-х годов

Вид сверху и сбоку типичной механической коробки передач, в данном случае Ford Toploader, используемой в автомобилях с внешними напольными переключателями.

Первый автомобиль, в котором использовалась механическая коробка передач с синхронизатором был Кадиллак 1929 года, однако большинство автомобилей продолжали использовать несинхронные трансмиссии, по крайней мере, до 1950-х годов. В 1947 году Porsche запатентовал систему синхронизатора с разъемным кольцом, которая стала самой распространенной конструкцией для легковых автомобилей. Porsche 356 1952 года был первым автомобилем, в котором использовалась трансмиссия с синхронизатором на всех передних передачах. В начале 1950-х годов у большинства автомобилей был синхронизатор только для переключения с третьей передачи на вторую (в руководствах для водителей транспортных средств говорилось, что если водителю нужно переключаться со второй на первую, лучше всего полностью остановиться заранее).

Вплоть до конца 1970-х годов большинство трансмиссий имело три или четыре передних передаточных числа, хотя пятиступенчатые механические коробки передач иногда использовались в спортивных автомобилях, таких как Ferrari 166 Inter 1966 года и 1953 года. Alfa Romeo 1900 Super Sprint. Пятиступенчатая трансмиссия получила широкое распространение в 1980-х годах, как и использование синхронизаторов на всех передних передачах.

1990-е годы по настоящее время

Шестиступенчатые механические коробки передач начали появляться в высокопроизводительных транспортных средствах в начале 1990-х, таких как BMW 850i 1990 года и 1992 года.>Феррари 456. Первая 7-ступенчатая механическая коробка передач была представлена ​​в 2012 году Porsche 911 (991).

В 2008 году 75,2% автомобилей, произведенных в Западной Европе, были оснащены механической коробкой передач, по сравнению с 16,1% с автоматической и 8,7% с другими.

Внутреннее устройство

16-ступенчатая (2x4x2) ZF 16S181 — открытый корпус трансмиссии (2x4x 2)16S181 — открытый планетарный корпус диапазона (2×4 x2)

Валы

Механическая коробка передач имеет несколько валов с различными шестернями и другими компонентами, прикрепленными к ним. В большинстве современных легковых автомобилей используются коробки передач с постоянным зацеплением, состоящие из трех валов: первичного вала, промежуточного вала (также называемого промежуточный вал ) и выходной вал.

Входной вал соединен с двигателем и вращается с частотой вращения двигателя при каждом включении сцепления. Промежуточный вал имеет шестерни различных размеров, которые постоянно находятся в зацеплении. с соответствующей шестерней на входном валу. Шестерни на выходном валу также постоянно находятся в зацеплении с соответствующей шестерней на c Однако на промежуточном валу шестерни выходного вала могут вращаться независимо от самого выходного вала (за счет использования подшипников, расположенных между шестернями и валом). За счет использования хомутов (управляемых с помощью тяг переключения) скорость выходного вала временно фиксируется на скорости выбранной передачи. Некоторые конструкции трансмиссии — например, Volvo 850 и S70 — имеют два промежуточных вала, оба приводят в движение ведомую шестерню, входящую в зацепление с коронной шестерней трансмиссии переднего привода. Это позволяет получить более узкую трансмиссию, поскольку длина каждого промежуточного вала уменьшена вдвое по сравнению с тем, который содержит четыре шестерни и два переключателя.

Фиксированная и свободная шестерни могут устанавливаться либо на входном, либо на выходном валу, либо на обоих. Например, пятиступенчатая трансмиссия может иметь селектор с первого на второй на промежуточном валу, но селектор с третьего на четвертый и пятый селектор на главном валу. Это означает, что когда автомобиль остановлен и работает на холостом ходу в нейтральном положении с включенным сцеплением и вращающимся первичным валом, пары третьей, четвертой и пятой передач не вращаются.

Когда выбрано нейтральное положение, ни одна из шестерен выходного вала не заблокирована на валу, что позволяет входному и выходному валам вращаться независимо. Для передачи заднего хода используется промежуточная шестерня для изменения направления вращения выходного вала. Во многих трансмиссиях входной и выходной валы могут быть напрямую заблокированы вместе (в обход промежуточного вала) для создания передаточного числа 1: 1, которое называется прямым приводом.

В трансмиссии для автомобилей с продольным расположением двигателя (например, для большинства автомобилей с задним приводом) входной и выходной валы обычно расположены на одной оси, поскольку это уменьшает скручивающие силы, которым должен выдерживать картер трансмиссии. Узел, состоящий из входного и выходного валов, называется главным валом (хотя иногда этот термин относится только к входному или выходному валу). Независимое вращение входного и выходного валов возможно за счет того, что один вал расположен внутри полого отверстия другого вала, а подшипник расположен между двумя валами.

В трансмиссии для автомобилей с поперечным расположением двигателя (например, автомобилей с передним приводом) обычно есть только два вала: входной и промежуточный (иногда называемые входным и выходным). Входной вал проходит по всей длине коробки передач, и отдельная ведущая шестерня отсутствует. Эти трансмиссии также имеют встроенный блок дифференциала, который соединен через ведущую шестерню на конце вторичного / выходного вала.

• Выбор передачи в коробке передач с постоянным зацеплением
• 

  Первая передача (синяя, назад)

• 

  Вторая передача (синяя, вперед)

• 

  Третья передача (фиолетовая, назад)

• 

  Четвертая передача ( фиолетовый, вперед)

• 

  Задний ход (включен зеленый)

• 

  Нейтраль (все выключено)

Кулачковая муфта

В современной механической коробке передач с постоянным зацеплением зубья шестерни постоянно находятся в контакте друг с другом, и кулачковые муфты (иногда называемые кулачковыми зубьями) используются для выбора передаточного числа для трансмиссии. Когда кулачковые муфты всех шестерен выключены (т.е. когда трансмиссия находится в нейтральном положении), все шестерни могут свободно вращаться вокруг выходного вала. Когда водитель выбирает передачу, включается кулачковая муфта для этой передачи (через стержни переключателя передач), блокируя выходной вал трансмиссии на определенной передаче. Это означает, что выходной вал вращается с той же скоростью, что и выбранная передача, тем самым определяя передаточное число трансмиссии.

Кулачковая муфта — это скользящий механизм переключения, который установлен вокруг выходного вала. У него есть зубья, которые подходят для шлицев на валу, заставляя этот вал вращаться с той же скоростью, что и ступица шестерни. Однако муфта может двигаться вперед и назад на валу, чтобы зацепить или расцепить шлицы. Это движение контролируется вилкой переключения, которая соединена с рычагом переключения передач. Вилка не вращается, поэтому она прикреплена к подшипнику с буртиком на селекторе. Селектор обычно симметричен: он скользит между двумя шестернями и имеет синхронизатор и зубья с каждой стороны, чтобы зафиксировать любую шестерню на валу. В отличие от некоторых других типов сцеплений (например, ножного сцепления автомобиля с механической коробкой передач), кулачковая муфта обеспечивает нескользящее сцепление и не подходит для преднамеренного проскальзывания.

Синхронизатор

Кольца синхронизатора

Чтобы обеспечить плавное переключение передач, не требуя от водителя вручную согласовывать обороты двигателя для каждого переключения передач, в большинстве современных трансмиссий легковых автомобилей используется «синхронизатор» (также называемый «кольцами синхронизатора»). ‘) на передних передачах. Эти устройства автоматически согласовывают скорость входного вала со скоростью выбранной передачи, тем самым избавляя водителя от необходимости использовать такие методы, как двойное сцепление. Синхронизирующая трансмиссия была изобретена в 1919 году Эрлом Эйвери Томпсоном и впервые использована на серийных автомобилях Cadillac в 1928 году.

Синхронизация трансмиссии с постоянным зацеплением необходима потому, что собачьи муфты требуют частота вращения входного вала должна соответствовать выбранной передаче, в противном случае собачьи зубья не войдут в зацепление и будет слышен громкий скрежет, когда они стучат вместе. Поэтому для ускорения или замедления входного вала по мере необходимости к каждой шестерне прикреплены латунные синхронизирующие кольца конической формы. Когда водитель перемещает рычаг переключения передач в сторону следующей передачи, эти кольца синхронизатора давят на конусообразную втулку на кулачке, так что силы трения могут уменьшить разницу в скоростях вращения. Как только эти скорости выровнены, кулачковая муфта может включиться, и, таким образом, теперь используется новая передача. В современной коробке передач действие всех этих компонентов настолько плавное и быстрое, что это практически незаметно. Многие трансмиссии не имеют синхронизатора на передаче заднего хода (см. Раздел Передача заднего хода ниже).

Система синхронизированной должна также предотвратить воротник от моста стопорных колец в то время как скорость по-прежнему синхронизированы. Это достигается с помощью «блокирующих колец» (также называемых «запирающими кольцами»). Кольцо синхронизатора слегка поворачивается из-за момента трения конической муфты. В этом положении собачья муфта не включается. Как только скорости синхронизируются, трение на блокирующем кольце уменьшается, и блокирующее кольцо слегка поворачивается, совмещая определенные канавки или выемки, которые позволяют кулачковой муфте входить в зацепление.

Обычными металлами для колец синхронизатора являются латунь и сталь, которые изготавливаются путем ковки или формовки листового металла. Последний включает в себя штамповку детали из полосы листового металла и затем механическую обработку для получения точной требуемой формы. Иногда кольца покрываются противоизносными накладками (также называемыми «фрикционными накладками») из молибдена, железа, бронзы или углерода <54.>(причем последние обычно предназначены для высокопроизводительных трансмиссий из-за их высокой стоимости).

Механический износ колец и втулок синхронизатора может со временем привести к неэффективности системы синхронизатора. Эти кольца и втулки должны преодолевать импульс всего входного вала и диска сцепления во время каждого переключения передач (а также импульс и мощность двигателя, если водитель пытается переключить передачи без полного выключения сцепления). Большая разница в скорости между входным валом и шестерней требует более высоких сил трения со стороны компонентов синхронизатора, потенциально увеличивая степень их износа.

Передача заднего хода

Даже в современных трансмиссиях, где все передние передачи находятся в конфигурации с постоянным зацеплением, часто в передаче заднего хода используется более старая конфигурация скользящего зацепления («аварийной коробки»). Это означает, что перемещение рычага переключения передач в положение заднего хода приводит к тому, что шестерни перемещаются вместе. Еще одна уникальная особенность задней передачи состоит в том, что она состоит из двух шестерен — промежуточной шестерни промежуточной шестерни на промежуточном валу и другой шестерни на выходном валу, и обе они прикреплены непосредственно к валу (т. Е. Всегда вращается с той же скоростью, что и вал). Эти шестерни обычно являются цилиндрическими шестернями с прямозубыми зубьями, которые, в отличие от косозубых зубьев, используемых для передней передачи, вызывают воющий звук при движении автомобиля задним ходом.

Когда выбрана передача заднего хода, промежуточная шестерня физически перемещается для зацепления с соответствующими шестернями на входном и выходном валах. Чтобы избежать скрежета при зацеплении шестерен, они должны быть неподвижными. Поскольку первичный вал часто все еще вращается из-за импульса (даже после того, как автомобиль остановился), необходим механизм для остановки первичного вала, например использование синхронизирующих колец для 5-й передачи. Однако в некоторых транспортных средствах используется система синхронизатора для передачи заднего хода, что предотвращает возможное хруст, если задняя передача включена, когда первичный вал все еще вращается.

Большинство трансмиссий включают механизм блокировки для предотвращения случайного переключения передачи заднего хода выбран, когда автомобиль движется вперед. Это может иметь форму воротника под ручкой переключения передач, который необходимо поднять или требующего дополнительной силы, чтобы толкнуть рычаг переключения передач в плоскость задней передачи.

Несинхронная трансмиссия

3-ступенчатая несинхронная «аварийная» коробка передач; использовалась в автомобилях до 1960-х годов

Альтернативная конструкция трансмиссии, которая используется в старых легковых, грузовых и других автомобилях, представляет собой несинхронную трансмиссию (также известную как аварийная коробка передач). В несинхронных трансмиссиях используется конструкция с скользящей сеткой, которая получила прозвище «авария», потому что сложность переключения передач может привести к переключению передач, сопровождающемуся грохотом / хрустом.

Сцепление

Покомпонентное изображение маховика, фрикционного диска и комплекта сцепления

В автомобилях с механическими коробками передач используется сцепление для управления связью между двигателем и трансмиссией и отделения трансмиссии от двигателя при переключении передач и когда автомобиль стоит. Без сцепления двигатель заглох бы каждый раз, когда автомобиль остановился, и переключение передач было бы затруднено (отмена выбора передачи, в то время как трансмиссия требует, чтобы водитель отрегулировал дроссельную заслонку, чтобы трансмиссия не находилась под нагрузкой, а выбор передачи требует оборотов двигателя. быть на той скорости, которая соответствует скорости движения для выбранной передачи).

В большинстве автомобилей используется педаль для управления сцеплением; кроме мотоциклов, у которых обычно есть рычаг сцепления на левом руле.

Рычаг переключения передач

Напольный рычаг переключения передач в легковом автомобиле Обычная схема переключения передач для 5-ступенчатой ​​коробки передач

В большинстве автомобилей с механической коробкой передач водитель выбирает передачи, манипулируя рычагом, называемым рычаг переключения передач (также называемый рычагом переключения передач, рычагом переключения передач или переключателем). В большинстве автомобилей рычаг переключения передач часто расположен на полу между водителем и передним пассажиром, однако в некоторых автомобилях рычаг переключения передач крепится к рулевой колонке или центральной консоли.

Перемещение рычага переключения передач передается (через жесткие рычаги или тросы) на вилки переключения в трансмиссии.

Мотоциклы обычно используют последовательные механические коробки передач, хотя схема переключения передач немного изменена по соображениям безопасности. Выбор передачи обычно осуществляется с помощью левой ножной педали с раскладкой 1 — N — 2 — 3 — 4 — 5 — 6.

Внешний повышающий привод

В 1950-х, 1960-х и 1970-х годах экономия топлива В некоторых случаях движение по шоссе с низкой частотой вращения двигателя было разрешено на транспортных средствах, оборудованных 3- или 4-ступенчатой ​​коробкой передач, с помощью отдельного блока повышающей передачи в задней части корпуса трансмиссии или за ней. Это приводилось в действие либо вручную на высокой передаче путем нажатия переключателя или нажатия кнопки на ручке переключения передач или на рулевой колонке, либо автоматически, путем кратковременного снятия ноги с педали акселератора при движении автомобиля со скоростью выше определенной дорожной скорости. Автоматические повышающие передачи были отключены путем нажатия педали акселератора, и было предусмотрено управление блокировкой, позволяющее водителю отключить повышенную передачу и использовать трансмиссию как обычную (без повышающей передачи) трансмиссию.

Также используется термин «повышающая передача». для описания передачи с передаточным числом меньше единицы (например, если передаточное число верхней передачи трансмиссии составляет 0,8: 1).

Запуск нажатием

Автомобили с механической коробкой передач часто запускаются нажатием кнопки, когда стартер не работает, например, когда в автомобиле разряжена аккумуляторная батарея.

При запуске с толчком энергия, генерируемая колесами, движущимися по дороге, передается на карданный вал, затем на трансмиссию и, в конечном итоге, на коленчатый вал. Когда коленчатый вал вращается в результате энергии, генерируемой при качении транспортного средства, двигатель проворачивается. Это имитирует то, для чего предназначен стартер, и работает аналогично кривошипу рукоятки на очень старых автомобилях начала 20 века, при этом проворачивающее движение заменяется толчком автомобиля.

Скорость переключения передач

Вплоть до начала 2000-х дорожные автомобили с механической коробкой передач, как правило, могли ускоряться быстрее, чем та же модель, оснащенная автоматической коробкой передач. Часто это происходило из-за того, что механическая коробка передач имела большее передаточное число, и скорость блокировки преобразователей крутящего момента в автоматических коробках передач того времени. Однако в последнее время многие автоматические трансмиссии включали больше передаточных чисел, чем их ручные аналоги, а скорость переключения передач (особенно трансмиссий с двойным сцеплением) стала выше, чем у ручных трансмиссий.

Методы вождения

Управлять автомобилем с механической коробкой передач сложнее, чем с автоматической коробкой передач по нескольким причинам. Во-первых, педаль сцепления — это дополнительный механизм управления для работы, и в некоторых случаях «тяжелое сцепление» требует значительного усилия для работы (это также может помешать некоторым людям с травмами или нарушениями управления транспортными средствами с механической коробкой передач). Работа рычага переключения передач — еще одна функция, которая не требуется в автомобилях с автоматической коробкой передач — означает, что водитель должен убрать одну руку с рулевого колеса при переключении передач. Другая проблема заключается в том, что плавное вождение требует скоординированного времени включения сцепления, акселератора и переключения передач. Наконец, очевидно, что автомобиль с автоматической коробкой передач не требует от водителя принятия каких-либо решений о том, какую передачу использовать в любой момент времени.

В некоторых странах водительские права, выданные только для автомобилей с автоматической коробкой передач, недействительны для управления автомобилями с механической коробкой передач, но лицензия на ручную трансмиссию распространяется на обе.

Начало холма

Запуск из неподвижного положения является проблемой для автомобиля с механической коробкой передач из-за дополнительной силы, необходимой для ускорения транспортного средства на подъеме, и возможности для автомобиля откатиться назад за время, необходимое для движения водителя. ногой с педали тормоза на педаль акселератора (для увеличения оборотов двигателя перед отпусканием сцепления). Традиционный метод трогания с места в автомобиле с механической трансмиссией заключается в использовании стояночного тормоза (также называемого «ручной тормоз» или «электронный тормоз») для удержания автомобиля в неподвижном состоянии. Это означает, что правая нога водителя не нужна для нажатия на педаль тормоза, а вместо этого ее можно использовать на педали газа. Как только будет достигнута необходимая частота вращения двигателя, водитель может отпустить сцепление, а также отпустить стояночный тормоз при включении сцепления.

Устройство под названием холмодержатель было введено на «Студебеккер» 1936 года. Во многих современных транспортных средствах используется стояночный тормоз с электронным управлением, который часто включает в себя функцию удержания холма, при которой стояночный тормоз автоматически отпускается, когда ведущие колеса начинают получать мощность от двигателя.

Другие методы вождения

• Двойной сцепление иногда необходимо для синхронизации скорости входного вала трансмиссии со скоростью движения автомобиля.
• Переключение с пятки на носок можно использовать для согласования оборотов двигателя со скоростью движения при переключении на более низкую передачу (например, с 3-й на 2-ю передачу).

Трансмиссии для грузовиков

Некоторые грузовики имеют трансмиссии, которые выглядят и ведут себя как трансмиссии обычных потребительских автомобилей — эти трансмиссии используются на более легких грузовиках, обычно до 6 передач и обычно имеют синхронизатор.

Для грузовиков, которым требуется больше передач, стандартная схема «H» может быть очень сложной, поэтому для выбора дополнительных передач используются дополнительные элементы управления. Шаблон «H» сохраняется, затем дополнительный элемент управления выбирает среди альтернатив. В старых грузовиках управление часто представляет собой отдельный рычаг, установленный на полу, или, в последнее время, пневматический переключатель, установленный на рычаге «H»; в более новых грузовиках управление часто представляет собой электрический переключатель, установленный на рычаге «H». Коробки передач с множественным управлением имеют гораздо более высокую номинальную мощность, но редко используют синхронизаторы.

Существует несколько распространенных альтернатив для схемы переключения передач. Обычные типы:

• Передачи диапазона используют шаблон «H» через узкий диапазон передач, затем регулятор «диапазона» перемещает шаблон «H» между высокими и низкими диапазонами. Например, 8-ступенчатая коробка передач имеет схему переключения передач H с четырьмя передачами. При выборе нижнего диапазона доступны передачи с первой по четвертую. Чтобы получить доступ к пятой и восьмой передачам, селектор диапазонов перемещается в верхний диапазон, а рычаг переключения передач снова переключается через положения с первой по четвертую. В высоком диапазоне первая передача становится пятой, вторая — шестой и т. Д.
• В трансмиссиях с делителем используется H-образная схема с широким диапазоном передач, а другой селектор разделяет каждую последовательную передачу. положение передачи в два раза: первая передача находится в первом положении / низком делении, вторая передача находится в первом положении / высоком делении, третья передача находится во втором положении / низком делении, четвертая передача находится во втором положении / высоком делении и т. д..
• Коробки передач с делителем диапазона сочетают в себе разделение диапазона и разделение передач. Это позволяет еще больше передаточных чисел. Предусмотрены как селектор диапазонов, так и селектор делителя.

Несмотря на то, что имеется много положений передач, переключение передач обычно происходит по стандартной схеме. Например, серия переключений на повышенную передачу может использовать «прямое перемещение на разветвитель; перемещение на повышающую передачу сплиттера; перемещение рычага переключения передач в положение № 2 и перемещение разветвителя на пониженную передачу; перемещение разветвителя на прямую передачу; перемещение разветвителя на повышенную передачу; перемещение переключателя в положение №. 3 и переведите сплиттер на понижающую передачу »; и так далее. В более старых грузовиках, использующих напольные рычаги, более серьезная проблема заключается в том, что обычное переключение передач требует, чтобы водители перемещали руки между рычагами переключения передач за одну смену, а без синхронизатора переключения должны быть тщательно рассчитаны по времени, иначе трансмиссия не включится. По этой причине некоторые передачи с разделителем имеют дополнительный диапазон «ниже нижнего», поэтому, когда разделитель уже находится в «нижнем положении», его можно снова быстро переключить на пониженную передачу без задержки двойного переключения.

Трансмиссии сегодняшних грузовиков чаще всего являются «делителями диапазона». Наиболее распространенная 13-скоростная модель имеет стандартный H-образный рисунок, а рисунок из левого верхнего угла выглядит следующим образом: R, вниз к L, вверх и вверх до 1, вниз до 2, вверх и снова до 3, вниз до 4. Рычаг диапазона «бабочка» в центре передней части ручки поднимается в верхний диапазон в 4-м положении, затем возвращается в положение 1. Положение ручки с 1 по 4 повторяется. Кроме того, каждый из них может быть разделен с помощью рычага понижающей передачи, приводимого в действие большим пальцем, на левой стороне ручки, находясь в высоком диапазоне. Рычаг «большой палец» недоступен в низком диапазоне, за исключением 18 скоростей; 1–4 в нижнем диапазоне можно разделить с помощью большого пальца, а L можно разделить с помощью рычага «бабочка». L нельзя разделить с помощью большого пальца ни на 13-, ни на 18-ступенчатую. 9-ступенчатая трансмиссия — это в основном 13-ступенчатая коробка без большого пальца рычага понижающей передачи.

В трансмиссиях грузовых автомобилей используется множество физических схем. Например, выходной сигнал трансмиссии с N-скоростью может приводить в действие вторичную трансмиссию с M-скоростью, что дает всего N * M комбинаций передач; например, основная коробка с 4 скоростями и сплиттер с 3 скоростями дают 12 передаточных чисел. Коробки передач могут быть в отдельных случаях с валом между ними; в отдельных случаях скреплены болтами; или все в одном случае, используя одно и то же смазочное масло. Вторую коробку передач часто называют «Домовой» или «Коробка для домового» в честь популярного бренда. С третьей трансмиссией передачи снова умножаются, увеличивая диапазон или уменьшая расстояние между ними. Таким образом, некоторые грузовики имеют десятки положений передач, хотя большинство из них дублируются. Иногда вторичная трансмиссия объединяется с дифференциалом задней оси, что называется «двухскоростной задней частью». Двухступенчатые дифференциалы всегда делители. В более новых трансмиссиях может быть два промежуточных вала, поэтому каждая шестерня главного вала может приводиться в движение от одного или другого промежуточного вала; это позволяет использовать короткие и прочные промежуточные валы, в то же время позволяя использовать множество комбинаций шестерен внутри одного редуктора.

Трансмиссии для тяжелых условий эксплуатации почти всегда несинхронизированные. Одним из аргументов является то, что синхронизация увеличивает вес, который может быть полезной нагрузкой, это еще одна причина отказа, и водители тратят тысячи часов на вождение, поэтому могут найти время, чтобы научиться эффективно водить с несинхронизированной коробкой передач. Плавающее переключение (также называемое «плавающими передачами») — это переключение передач без выключения сцепления, обычно в несинхронизированной трансмиссии, используемой большими грузовиками. Поскольку сцепление не используется, легко не согласовать скорости передач, и водитель может быстро вызвать серьезные (и дорогостоящие) повреждения шестерен и трансмиссии.

Тяжелые грузовики, такие как бетономешалки, часто ездят в городском потоке, их нужно очень часто менять и в пробках. Поскольку синхронизаторы есть в немногих трансмиссиях для тяжелых условий эксплуатации, вместо них обычно используются автоматические трансмиссии, несмотря на их увеличенный вес, стоимость и потерю эффективности.

Тяжелые грузовики обычно оснащены дизельными двигателями. Дизельныедвигатели для грузовиков 1970-х годов и ранее мощности, как правило, имеют узкий диапазон, поэтому для них требуется много близких шестерен. Начиная с 1968 года Maxidyne, в дизельных двигателях грузовых автомобилей все чаще используются турбокомпрессоры и электронное управление, которые расширяют диапазон мощности, позволяя все меньше и меньше передаточных чисел. Коробка передач с меньшим передаточным числом легче и может быть более эффективной, поскольку в серии меньше передач. Меньшее количество смен также делает грузовик более управляемым. С 2005 года операторы автопарков часто используют 9, 10, 13 или 18-ступенчатые коробки передач, но автоматические механические коробки передач становятся все более распространенными на тяжелых транспортных средствах, поскольку они могут повысить эффективность и управляемость, снизить барьер для входа новых водителей и могут повышают безопасность, позволяя водителю сосредоточиться на дорожных условиях.

Смазка

Механические трансмиссии смазываются трансмиссионным маслом (или моторным маслом в некоторых автомобили), который в некоторых автомобилях необходимо периодически менять, хотя и не так часто, как жидкость в автоматической коробке передач. Трансмиссионное масло имеет характерный аромат, так как содержит добавленные серосодержащие противоизносные соединения. Эти составы используются для уменьшения высокого трения скольжения за счет нарезания зубьев косозубой шестерни (этот нарез устраняет характерный свист прямозубых зубчатых колес прямозубых цилиндров ). На мотоциклах с «мокрым» сцеплением (сцепление залито моторным маслом) обычно ничто не отделяет нижнюю часть двигателя от трансмиссии, поэтому одно и то же масло смазывает и двигатель, и трансмиссию.

См. Также

• Автоматическая трансмиссия
• Дизель-электрическая трансмиссия
• Механизм свободного хода
• Зубчатая передача
• Гидротрансформатор
• Трансмиссия (механика)
• Несинхронная трансмиссия
• Повышающая передача (механика)
• Преселекторный редуктор

Справочная информация

Automatic or manual? It’s the age old question that can often turn into heated debate. Both offer their advantages and disadvantages, but just what are they? And why did they break off into two separate kinds of transmissions in the first place? Let’s take a look!

History of Car Transmissions

Over one hundred years ago, when the internal combustion engine barely produced a single horsepower, a single-speed transmission and clutch was all that was necessary to get moving. With the introduction of the 1886 Benz Patent Motorwagen, the first road trip travelled along at a blistering 16 km/h.

Eventually, with the development of more powerful engines, multi-speed transmissions were necessary to eliminate the jerky motion that would inevitably occur when slamming into gear to get moving. Multi speed transmissions also enabled cars to go ever faster, such as the 1908 Ford Model T, equipped with a 15 kW engine and two-speed transmission, which had a top speed of up to 72 km/h.

Manual transmission in this time has a problem though, because they were difficult to drive, requiring great care to avoid grinding gears while shifting. By 1928, the first synchromesh manual transmissions were introduced, by General Motors’ Cadillac division, which reduced the need for double-clutching and made manual-transmission cars somewhat easier to drive.

Introduction of Automatic Transmissions

Still, automakers sought another solution and, by 1940, the first General Motors’ Oldsmobiles came out with an optional two-speed “hydramatic” automatic transmission. At the time, drivers still had to use a clutch to put it into forward or reverse gear, but that would eventually change with the introduction of the fluid coupling, or torque converter, which eliminated the clutch.

Over time, both manual transmissions and automatic transmissions have been through major developments. Today, automotive synchromesh manual transmissions can be found with up to seven gear ratios, not including reverse. Today’s automatic transmissions, too, have developed up to ten forward gears, some of which can shift in as little as 100 milliseconds.

Additionally, continuously variable transmissions (CVT) have existed for just about as long as both traditional manual and automatic transmissions, but did not see much use until the 1950s. Still, they needed a lot of development before they would be mass-produced on scales we see today. Each of these vehicles is driven slightly differently, and each of them has their benefits for the driver.

What is a Manual Transmission?

The manual transmission, most modern cars having at least a five-speed or six-speed transmission, is the most demanding to drive, especially in stop-and-go traffic or challenging terrain. It requires significantly more practice to become proficient at driving a manual transmission, but the benefits are at least two-fold.

First, a manual transmission typically gets better fuel economy due to their lack of a torque converter and lighter weight. Second, many driving enthusiasts like the driver engagement that a manual transmission offers. On the other hand, those who fail to take the time to learn and practice driving a manual-transmission vehicle will pay to have their clutch replaced more often.

Browse Manual Vehicles

What is an Automatic Transmission?

Automatic transmissions, as the name suggests, do not require much driver interaction. If you want to go forward, you depress the brake, shift to “D,” release the brake, and step on the accelerator. The transmission, using electronic controls and hydraulic systems, selects the appropriate gear ratio, depending on driver input.

Modern automatic transmissions may have up to ten distinct gear ratios, and continuously variable transmissions have an infinite number of gear ratios, but the driver does not need to pay attention to this.

Instead, the driver can focus on getting from Point “A” to Point “B.” Automatic-transmission vehicles are, in this way, easier to drive, requiring less training and experience on the part of the driver. On the one hand, this opens up the thrill and convenience of driving to many more people, and is practically impossible to break.

On the other hand, drivers of automatic-transmission vehicles may experience marginally-worse fuel economy, due to heavier transmission design. Most modern automatic-transmission vehicles exhibit no difference in fuel economy, however.

Browse Automatic Vehicles

What is a CVT Transmission?

Continuously-variable transmissions (CVT) work a lot like automatic transmissions, in that they require little input from the driver. Unlike an automatic transmission, however, there are no fixed gear ratios, as the CVT seamlessly changes gear ratios along an infinite range of gear ratios. While accelerating, there are no “shift points.” Instead, engine rpms simply remain constant and the vehicle accelerates smoothly, the CVT working out the best gear ratio from moment to moment.

Some find the CVT hard to get used to, and some automakers even include shift paddles and programming to mimic shift points in a CVT “manual mode.” The modern CVT is not a performance transmission, and is actually one of the most efficient available, but only if you drive it efficiently.

What is a DCT Transmission?

Finally, some high-end sports cars feature what is known as a dual-clutch transmission (DCT), also known as PDK or DSG transmissions, which is essentially two manual transmissions separated by two clutches, all of which is controlled by computer. In normal operation, the DCT functions just like an automatic transmission, shift points and all.

On the other hand, in sport mode, the DCT functions like a rapid-fire automatic transmission, some able to shift in as little as 100 milliseconds. Because the system is computer controlled, it is almost impossible to break and is easy to learn how to drive. At the same time, it can deliver excellent fuel economy as well as a driving experience quite unlike any other.

What is an Electric Transmission?

Finally, the latest vehicles to hit the road in any force are electric vehicles. Like automatic-transmission vehicles, electric vehicles essentially require you to select “D” and step on the accelerator. Driving an electric vehicle, however, one notes no engine revving and no shift points, because electric vehicles have no clutch, no torque converter, and a simple single-speed step-down transmission.

At a stop, the electric motor-generator (MG) does not move at all. Mash the accelerator to the floor and all of the MG’s torque is delivered to the wheels, instantly and silently. Acceleration is smooth to the desired speed. No multi-speed transmission is actually necessary, since the MG delivers its power over practically its entire rpm range, close to 20,000 rpm in some models.

Which Transmission is Best?

True, a hundred years ago, or even fifty years ago, there was just one choice in automobile transmissions, and you could take it or leave it. Today, perhaps the problem is of too many choices. Still, there are advantages and disadvantages to each type, depending on what you are looking for in your vehicle and driving experience. Ultimately, the choice comes down to your personal preference and what you consider to be the best driving style for you.

Browse Manual Vehicles Now Browse Automatic Vehicles Now

A manual transmission (also known as a stick shift, straight drive, or standard transmission) is a type of transmission used in automotive applications. Manual transmissions often feature a driver-operated clutch and a movable gear selector, although some do not. Most automobile manual transmissions allow the driver to select any gear at any time, but some, such as those commonly mounted on motorcycles and some types of race cars, only allow the driver to select the next-highest or next-lowest gear ratio. This second type of transmission is sometimes called a sequential manual transmission.

Manual transmissions are characterized by gear ratios that are selectable by engaging pairs of gears inside the transmission. Conversely, automatic transmissions feature clutch packs to select gear ratio. Transmissions that employ clutch packs but allow the driver to manually select the current gear are called semi-automatic transmissions.

Contemporary automotive manual transmissions are generally available with four to six forward gears and one reverse gear, although manual transmissions have been built with as few as 2 and as many as 7 gears. Some manuals are referred to by the number of forward gears they offer (e.g., 5-speed) as a way of distinguishing between automatic or other available manual transmissions. In contrast, a 5-speed automatic transmission is referred to as a 5-speed automatic.

Other types of transmission in mainstream automotive use are the automatic transmission, semi-automatic transmission, and the continuously variable transmission.

Manual transmissions come in two basic types: simple unsynchronized systems, where gears are spinning freely and their relative speeds must be synchronized by the operator to avoid noisy and damaging «clashing» and «grinding» when trying to mesh the rotating teeth; and synchronized systems, which eliminate this necessity while changing gears.

File:Gearbox diagram.JPG

Unsynchronized transmission

The earliest automotive transmissions were entirely mechanical unsynchronized gearing systems. They could be shifted, with multiple gear ratios available to the operator, and even had reverse. But the gears were engaged by sliding mechanisms or simple clutches, which required skills of timing and careful throttle manipulation when shifting, so that the gears would be spinning at roughly the same speed when engaged; otherwise the teeth would refuse to mesh.

When upshifting, the speed of the gear driven by the engine had to drop to match the speed of the next gear; as this happened naturally when the clutch was depressed, it was just a matter of skill and experience to hear and feel when the gears managed to mesh. However, when downshifting, the gear driven by the engine had to be sped up to mesh with the output gear, requiring engagement of the clutch for the engine to speed up the gears. Double declutching, that is, shifting once to neutral to speed up the gears and again to the lower gear, is sometimes needed. In fact, such transmissions are often easier to shift from without using the clutch at all. The clutch, in these cases, is only used for starting from a standstill. This procedure is common in racing vehicles and most production motorcycles.

Even though automotive transmissions are now almost universally synchronised, heavy trucks and machinery as well as dedicated racing transmissions are still usually nonsynchromesh transmissions, known colloquially as «crashboxes», for several reasons. Being made of brass, synchronizers are prone to wear and breakage more than the actual gears, which are cast iron, and the rotation of all the sets of gears at once results in higher frictional losses. In addition, the process of shifting a synchromesh transmission is slower than that of shifting a nonsynchromesh transmission. For racing of production based transmissions, sometimes half the dogs on the synchros are removed to speed the shifting process, at the expense of much more wear.

Similarly, most modern motorcycles still utilise unsynchronised transmissions. Synchronisers are generally not necessary or desirable in motorcycle transmissions. The low gear inertias and higher strengths mean that ‘forcing’ the gears to alter speed is not damaging, and the selector method on modern motorcycles (pedal operated) is not conducive to having the long shift time of a synchronised gearbox. Because of this, it is still necessary to synchronise gear speeds by ‘blipping-the-throttle’ when shifting into a lower gear on a motorcycle.

Synchronized transmission

File:Ford Design 3-speed OD Transmission w. Hurst Shifter.jpg

A modern gearbox is of the constant mesh type, in which all gears are always in mesh but only one of these meshed pairs of gears is locked to the shaft on which it is mounted at any one time, the others being allowed to rotate freely; thus greatly reducing the skill required to shift gears.

Most modern cars are fitted with a synchronised gear box, although it is entirely possible to construct a constant mesh gearbox without synchromesh, as found in motorcycle for example. In a constant mesh gearbox, the gears of the different transmission speeds are always in mesh and rotating, but the gears are not directly rotationally connected to the shafts on which they rotate. Instead, the gears can freely rotate or be locked to the shaft on which they are carried. The locking mechanism for any individual gear consists of a collar on the shaft which is able to slide sideways so that teeth or «dogs» on its inner surface bridge two circular rings with teeth on their outer circumference; one attached to the gear, one to the shaft. (One collar typically serves for two gears; sliding in one direction selects one transmission speed, in the other direction selects the other) When the rings are bridged by the collar, that particular gear is rotationally locked to the shaft and determines the output speed of the transmission. In a synchromesh gearbox, to correctly match the speed of the gear to that of the shaft as the gear is engaged, the collar initially applies a force to a cone-shaped brass clutch which is attached to the gear, which brings the speeds to match prior to the collar locking into place. The collar is prevented from bridging the locking rings when the speeds are mismatched by synchro rings (also called blocker rings or balk rings, the latter being spelled «baulk» in the UK). The gearshift lever manipulates the collars using a set of linkages, so arranged so that only one collar may be permitted to lock only one gear at any one time; when «shifting gears», the locking collar from one gear is disengaged and that of another engaged. In a modern gearbox, the action of all of these components is so smooth and fast it is hardly noticed.

The first synchronized transmission system was introduced by Cadillac in 1929. The modern cone system was developed by Porsche and introduced in the 1952 Porsche 356; cone synchronizers were called «Porsche-type» for many years after this. In the early 1950s only the second-third shift was synchromesh in most cars, requiring only a single synchro and a simple linkage; drivers’ manuals in cars suggested that if the driver needed to shift from second to first, it was best to come to a complete stop then shift into first and start up again. With continuing sophistication of mechanical development, however, fully synchromesh transmissions with three speeds, then four speeds, five speeds, six speeds and so on became universal by the 1960s. Reverse gear, however, is usually not synchromesh, as there is only one reverse gear in the normal automotive transmission and changing gears in reverse is not required.

Internals

Shafts

Like other transmissions, a manual transmission has several shafts with various gears and other components attached to them. Typically, there are three shafts: an input shaft, a countershaft and an output shaft. The countershaft is sometimes called a layshaft.

The input and output shaft lie along the same line, and may in fact be combined into a single shaft within the transmission. This single shaft is called a mainshaft. The input and output ends of this combined shaft rotate independently, at different speeds, which is possible because one piece slides into a hollow bore in the other piece, where it is supported by a bearing. Sometimes the term mainshaft refers to just the input shaft or just the output shaft, rather than the entire assembly.

In some transmissions, it’s possible for the input and output components of the mainshaft to be locked together to create a 1:1 gear ratio, causing the power flow to bypass the countershaft. The mainshaft then behaves like a single, solid shaft, a situation referred to as direct drive.

Even in transmissions that do not feature direct drive, it’s an advantage for the input and output to lie along the same line, because this reduces the amount of torsion that the transmission case has to bear.

Under one possible design, the transmission’s input shaft has just one pinion gear, which drives the countershaft. Along the countershaft are mounted gears of various sizes, which rotate when the input shaft rotates. These gears correspond to the forward speeds and reverse. Each of the forward gears on the countershaft is permanently meshed with a corresponding gear on the output shaft. However, these driven gears are not rigidly attached to the output shaft: although the shaft runs through them, they spin independently of it, which is made possible by bearings in their hubs. Reverse is typically implemented differently, see the section on Reverse.

When the transmission is in neutral, and the clutch is disengaged, the input shaft, clutch disk and countershaft can continue to rotate under their own inertia. In this state, the engine, the input shaft and clutch, and the output shaft, all rotate independently.

Dog clutch

The gear selector does not engage or disengage the actual gear teeth which are permanently meshed. Rather, the action of the gear selector is to lock one of the freely spinning gears to the shaft that runs through its hub. The shaft then spins together with that gear. The output shaft’s speed relative to the countershaft is determined by the ratio of the two gears: the one permanently attached to the countershaft, and that gear’s mate which is now locked to the output shaft.

Locking the output shaft with a gear is achieved by means of a dog clutch selector. The dog clutch is a sliding selector mechanism which is splined to the output shaft, meaning that its hub has teeth that fit into slots (splines) on the shaft, forcing it to rotate with that shaft. However, the splines allow the selector to move back and forth on the shaft, which happens when it is pushed by a selector fork that is linked to the gear lever. The fork does not rotate, so it is attached to a collar bearing on the selector. The selector is typically symmetric: it slides between two gears and has a synchromesh and teeth on each side in order to lock either gear to the shaft.

Synchromesh

If the teeth, the so-called dog teeth, make contact with the gear, but the two parts are spinning at different speeds, the teeth will fail to engage and a loud grinding sound will be heard as they clatter together. For this reason, a modern dog clutch in an automobile has a synchronizer mechanism or synchromesh. Thanks to this mechanism, before the teeth can engage, a frictional contact is made which brings the selector and gear to two parts to rotate at the same speed. Moreover, until synchronization occurs, the teeth are prevented from making contact, because further motion of the selector is prevented by a blocker ring. When synchronization occurs, friction on the blocker ring is relieved and it twists slightly, bringing into alignment certain grooves and notches that allow further passage of the selector which brings the teeth together. Of course, the exact design of the synchronizer varies from manufacturer to manufacturer.

The synchronizer has to change the momentum of the entire input shaft and clutch disk. Additionally, it can be abused by exposure to the momentum and power of the engine itself, which is what happens when attempts are made to select a gear without fully disengaging the clutch. This causes extra wear on the rings and sleeves, reducing their service life. When an experimenting driver tries to «match the revs» on a synchronized transmission and force it into gear without using the clutch, it is actually the synchronizer that makes up for any discrepancy in RPM, deceiving the driver into an exaggerated sense of how much human skill was involved.

Reverse

The previous discussion applies to the forward gears. The implementation of the reverse gear is usually different, implemented in the following way to reduce the cost of the transmission. Reverse is also a pair of gears: one gear on the countershaft and one on the output shaft. However, whereas all the forward gears are always meshed together, there is a gap between the reverse gears. Moreover, they are both attached to their shafts: neither one rotates freely about the shaft. What happens when reverse is selected is that a small gear, called an idler gear or reverse idler, is slid between them. The idler has teeth which mesh with both gears, and thus it couples these gears together and reverses the direction of rotation without changing the gear ratio.

Thus, in other words, when reverse gear is selected, in fact it is actual gear teeth that are being meshed, with no aid from a synchronization mechanism. For this reason, the output shaft must not be rotating when reverse is selected: the car must be stopped. In order that reverse can be selected without grinding even if the input shaft is spinning inertially, there may be a mechanism to stop the input shaft from spinning. The driver brings the vehicle to a stop, and selects reverse. As that selection is made, some mechanism in the transmission stops the input shaft. Both gears are stopped and the idler can be inserted between them. There is a clear description of such a mechanism in the Honda Civic 1996-1998 Service Manual, which refers to it as a «noise reduction system»:

Whenever the clutch pedal is depressed to shift into reverse, the mainshaft continues to rotate because of its inertia. The resulting speed difference between mainshaft and reverse idler gear produces gear noise [grinding]. The reverse gear noise reduction system employs a cam plate which was added to the reverse shift holder. When shifting into reverse, the 5th/reverse shift piece, connected to the shift lever, rotates the cam plate. This causes the 5th synchro set to stop the rotating mainshaft. (13-4)

A reverse gear implemented this way makes a loud whining sound, which is not heard in the forward gears. The teeth on the forward gears of consumer automobiles are helically cut. When helical gears rotate, their teeth slide together, which results in quiet operation. In spite of all forward gears being always meshed, they do not make a sound that can be easily heard above the engine noise. By contrast, reverse gears are spur gears, meaning that they have straight teeth, in order to allow for the sliding engagement of the idler, which would not be possible with helical gears. The teeth of spur gears clatter together when the gears spin, generating a characteristic whine.

It is clear that the spur gear design of reverse gear represents some compromises—less robust, unsynchronized engagement and loud noise—which are acceptable due to the small volume of driving that takes place in reverse.

Design Variations

Gear Variety

Manual transmissions are often equipped with 4, 5, or 6 forward gears. Nearly all have exactly one reverse gear. In three or four speed transmissions, in most cases, the topmost gear is «direct», i.e. a 1:1 ratio. For five speed or higher transmissions, the highest gear is usually an overdrive gear, with a ratio of less than 1:1. Older cars were generally equipped with 3-speed transmissions, or 4-speed transmissions for high performance models and 5-speeds for the most sophisticated of automobiles; in the 1970s, 5-speed transmissions began to appear in low priced mass market automobiles and even compact pickup trucks, pioneered by Toyota (who advertised the fact by giving each model the suffix SR5 as it acquired the fifth speed). Today, mass market automotive manual transmissions are essentially all 5-speeds, with 6-speed transmissions beginning to emerge in high performance vehicles in the early 1990s, and recently beginning to be offered on some high-efficiency and conventional passenger cars.

External Overdrive

On earlier models with three or four forward speeds, the lack of an overdrive ratio for relaxed and fuel-efficient highway cruising was often filled by incorporation of a separate overdrive unit in the rear housing of the transmission, separately actuated by a knob or button, often incorporated into the gearshift knob.

Shaft and Gear Configuration

The input shaft need not turn a pinion which rotates the countershaft. Another possibility is that gears are mounted on the input shaft itself, meshed with gears on the countershaft, in which case the countershaft then turns the output shaft. In other words, it’s a matter of design on which shaft the driven and driving gears reside.

The distribution of the shifters is also a matter of design; it need not be the case that all of the free-rotating gears with selectors are on one shaft, and the permanently splined gears on the other. For instance a five speed transmission might have the first-to-second selectors on the countershaft, but the third-to-fourth selector and the fifth selector on the mainshaft, which is the configuration in the 1998 Honda Civic. This means that when the car is stopped and idling in neutral with the clutch engaged input shaft spinning, the third, fourth and fifth gear pairs do not rotate.

Clutch

In all vehicles using a transmission (virtually all modern vehicles), a coupling device is used to be able to separate the engine and transmission when necessary. The clutch is what accomplishes this in manual transmissions. Without it, the engine and tires would at all times be inextricably linked, and anytime the vehicle is at a stop, so would be the engine. Moreover, without the clutch, changing gears would be very difficult, even with the vehicle moving already: deselecting a gear while the transmission is under load requires considerable force, and selecting a gear requires the revolution speed of the engine to be held at a very precise value which depends on the vehicle speed and desired gear. In a car the clutch is usually operated by a pedal; on a motorcycle, a lever on the left handlebar serves the purpose.

• When the clutch pedal is fully depressed, the clutch is fully disengaged, and no torque is transferred from the engine to the transmission, and by extension to the drive wheels. In this state, it’s possible to select gears or stop the car.
• When the clutch pedal is fully released, the clutch is fully engaged, and essentially all of the engine’s torque is transferred. In this state, the clutch does not slip, but rather behaves like a rigid coupling. Power is transmitted to the wheels with minimal loss.
• In between these extremes, the clutch slips to varying degrees. When the clutch slips, it transmits torque, in spite of the difference in speeds between the engine crankshaft and the transmission input. Because the torque is transmitted by means of friction, a lot of power is wasted as heat, which must be dissipated by the clutch. Slip allows the vehicle to be started from a standstill, and when it is already moving, slip allows the engine rotation to gradually adjust to a newly selected gear ratio, resulting in a smooth, jolt-free gear change.
• Because of the heat that a slipping clutch generates, slip cannot be maintained for a long time. Moreover, because energy is wasted, it would be undesireable to do so. Skilled drivers rarely allow a clutch to slip for more than about one second. Making effective use of clutch slip requires the development of feeling through practice, similar to learning to play a musical instrument or to play a sport.
• Note: Automatic transmissions also use a coupling device, however, a clutch is not present. In these kinds of vehicles, the torque converter is used to separate the engine and transmission.

Gear selection

Floor-mounted shifter

In most modern cars, gears are selected through a lever attached to the floor of the automobile—this selector is often called a gearstick, gear lever, gear selector, or simply shifter. Moving this lever forward, backward, left, and right allows the driver to select any given gear. In this configuration, the gear lever must be pushed laterally before it is pushed longitudinally.

File:Shift stick.jpg

A sample layout of a four-speed transmission is shown below. N marks neutral, or the position where no gears are engaged. In reality, the entire horizontal line is a neutral position, although the shifter is usually equipped with springs so that it will return to the N position if not left in another gear. The R denotes reverse, which is technically a fifth gear on this transmission.

File:Manual Layout4d.PNG

This layout is called the shift pattern. Because of the shift quadrants, the basic arrangement is often called an H-pattern. While the layout for gears one through four is nearly universal, the location of reverse is not. Reverse can be found outside of the quadrant at the upper left (late 1960s GM models and AMC models), lower left (Toyota Land Cruiser FJ), or the lower right (Jeep CJ7, Datsun models, and Honda Civic), so caution is always warranted in gear selection. The shift pattern for a specific transmission is usually printed on the shifter knob.

The image below shows the most common five-speed layout found in the United States.

File:Manual Layout.PNG

This layout is reasonably intuitive because it starts at the upper left and works top to bottom, left to right, with reverse far away and toward the rear of the car. There is usually a mechanism that only allows selection of reverse from the neutral position, so reverse will be less likely to be accidentally chosen when downshifting from 5th to 4th (or by someone used to a 6-speed transmission and trying to shift from 5th to the non-existent 6th).

File:Manual Dogleg.png

This five-speed layout, found on a number of older models including Lamborghinis, is commonly referred to as a «dog-leg» pattern, because of the «up and over» 1-2 shift. Its use, especially on sports cars, has since been deprecated because the long, offset 1-2 shift can have a notable effect on a car’s acceleration, especially from 0-60 mph.

Another five-speed shift pattern (common on many European cars) is this:

File:Manual Layout 2.PNG

Transmissions equipped with this shift pattern usually feature a lockout mechanism that requires the driver to depress a switch or the entire gear lever when entering reverse, so that reverse is not accidentally selected when trying to find first gear.

A typical pattern for the more modern six-speed transmission is shown here

File:Manual Layout6.png

A six-speed manual transmission (seven speeds with reverse) is widely considered to be the largest number of gears that can be contained within a variation of the «H» shift pattern. It is for this reason that BMW, after succumbing to American market pressures for a conventional manual transmission in their M5 and M6 models, was forced to switch from a seven-speed sequential gearbox to a six-speed conventional manual. Note that: reverse is placed outside of the «H», with a canted shift leg. This is to prevent the shift lever from intruding too far into the driver’s footwell when reverse is selected. This is the most common layout for a six-speed manual transmission.

Most front-engined, rear-wheel drive cars have a transmission that sits between the driver and the front passenger seat. Floor-mounted shifters are often connected directly to the transmission. Front-wheel drive and rear-engined cars often require a mechanical linkage to connect the shifter to the transmission.

A 4-speed floor shifter is sometimes referred to as «Four on the Floor».

Column-mounted shifter

Some older cars feature a gear lever which is mounted on the steering column of the car. Many automatic transmissions still use this placement, but manual column shifters are no longer common.

Column shifters are mechanically similar to floor shifters, although shifting occurs in a vertical plane instead of a horizontal one. Column shifters also generally involve additional linkages to connect the shifter with the transmission.

File:Manual Layout 3.PNG

The 3-speed shift pattern is typical of American cars, trucks, and vans produced with manual transmissions until the 1950s and 1960s. This pattern is not «intuitive», as the shifter has to be moved forward (into R) to make the car go backward (and vice-versa).

First gear in a 3-speed is often called «low,» while third is usually called «high.» There is, of course, no overdrive.

A 3-speed column shifter is sometimes referred to as «Three on a Tree».

Note that reverse in a car with a column shift is in nearly the same position as park (P) is on a car with a column-mounted gear selector with an automatic transmission.

Some automakers, including Mercedes-Benz and Toyota, have made 4- and even 5-speed column-mounted shifters (the Toyota Hiace van had a «five on the tree» shifter well into the 1990s).

Sequential manual

Some transmissions do not allow the driver to arbitrarily select any gear. Instead, the driver may only ever select the next-lowest or next-highest gear ratio. These transmissions often provide clutch control, but the clutch is only necessary when selecting first or reverse gear from neutral. Most gear changes can be performed without the clutch.

Sequential transmissions are generally controlled by a forward-backward lever, foot pedal, or set of paddles mounted behind the steering wheel. In some cases, these are connected mechanically to the transmission. In many modern examples, these controls are attached to sensors which instruct a transmission computer to perform a shift—many of these systems can be switched into an automatic mode, where the computer controls the timing of shifts, much like an automatic transmission.

Motorcycles typically employ sequential transmissions, although the shift pattern is modified slightly for safety reasons. In a motorcycle the gears are usually shifted with the left foot pedal, the layout being this:

         5
      4 ┘
    3 ┘
  2 ┘
N
1

The pedal goes one step — both up and down — from the center, before it reaches its limit and has to be allowed to move back to the center position. Thus, changing multiple gears into one direction is accomplished by repeatedly pumping the pedal, either up, or down. Although neutral is listed as being between first and second gears for this type of transmission, it «feels» more like first and second gear are just «further away» from each other than any other two sequential gears. For inexperienced riders, this can lead to difficulty in finding neutral. The reason neutral does not actually have its own spot in the sequence is to make it quicker to shift from first to second when moving. You will not accidentally shift into neutral. The reason for having neutral between the first and second gears instead of at the bottom is that when stopped, the rider can just click down repeatedly and know that they will end up in first and not neutral.

Semi-manual

Some very new transmissions (BMW’s Sequential Manual Gearbox (SMG) and Audi’s Direct-Shift Gearbox (DSG), for example) are conventional manual transmissions with a computerized control mechanism. These transmissions feature independently selectable gears but do not have a clutch pedal. Instead, the transmission computer controls a servo which disengages the clutch when necessary.

These transmissions vary from sequential transmissions in that they still allow nonsequential shifts: BMWs SMG system, for example, can shift from 6^th gear directly to 4^th gear when decelerating from high speeds.

Comparison with automatic transmissions

Manual transmissions are typically compared to automatic transmissions, as the two represent the majority of options available to the typical consumer. These comparisons are general guidelines and may not apply in certain circumstances. Additionally, the recent popularity of semi-manual and semi-automatic transmissions renders many of these points obsolete. It should be kept in mind that some of these points are true of «conventional» automatic transmissions which shift gears and are coupled to the engine with a torque converter but are not a true comparison or do not apply to other kinds of automatic transmissions, like the continuously-variable transmission.

Advantages

• Manual transmissions typically offer better fuel economy than automatics.^[1] Increased fuel economy with a properly operated manual transmission vehicle versus an equivalent automatic transmission vehicle can range from 5 % to about 15 % depending on driving conditions and style of driving — extra urban or urban (highway or city). There are several reasons for this:
  • Mechanical efficiency. The manual transmission couples the engine to the transmission with a rigid clutch instead of a torque converter that introduces significant power losses. The automatic transmission also suffers parasitic losses by driving the high pressure hydraulic pumps required for its operation.
  • Driver control. Certain fuel-saving modes of operation simply do not occur in an automatic transmission vehicle, but are accessible to the manual transmission driver. For example, the manual-transmission vehicle can be accelerated gently, yet with a fully open throttle (accelerator pedal to the floor), by means of shifting early to a higher gear, keeping the engine RPM in a low power band. By contrast, in an automatic transmission, the throttle position serves as the indicator of how fast the driver wishes to accelerate. If the accelerator pedal is floored, the transmission will shift to a lower gear, resulting in high engine RPM and aggressive acceleration. The thermodynamically efficient combination of open throttle and low RPMs is unavailable to the automatic transmission driver. Fuel-efficient acceleration is important to achieving fuel economy in stop-and-go city driving.^[2]
  • Fuel cut-off. The torque converter of the automatic transmission is designed for transmitting power from the engine to the wheels. Its ability to transmit power in the reverse direction is limited. During deceleration, if the torque converter’s rotation drops beneath its stall speed, the momentum of the car can no longer turn the engine, requiring the engine to be idled. By contrast, a manual transmission, with the clutch engaged, can use the car’s momentum to keep the engine turning, in principle, all the way down to zero RPM. This means that there are better opportunities, in a manual car, for the electronic control unit (ECU) to impose deceleration fuel cut-off (DFCO), a fuel-saving mode whereby the fuel injectors are turned off if the throttle is closed (foot off the accelerator pedal) and the engine is being driven by the momentum of the vehicle. Automatics further reduce opportunities for DFCO by shifting to a higher gear when the accelerator pedal is released, causing the RPM to drop.^{[citation needed]}||}}
• Manual transmissions are still more efficient than belt-driven continuously-variable transmissions.^[3][4]
• It is generally easier to build a very strong manual transmission than a very strong automatic transmission. Manual transmissions usually have only one clutch, whereas automatics have many clutch packs.^{[citation needed]}||}}
• Manual transmissions are generally significantly lighter than torque-converter automatics.^[1]
• Manual transmissions are typically cheaper to build than automatic transmissions.^{[citation needed]}||}}
• Manual transmissions generally require less maintenance than automatic transmissions.^{[citation needed]}||}}
• Manual transmissions normally do not require active cooling, because not much power is dissipated as heat through the transmission.^[4]
  • The heat issue can be important in certain situations, like climbing long hills in hot weather, particularly if pulling a load. Unless the automatic’s torque converter is locked up (which typically only happens in an overdrive gear that would not be engaged when going up a hill) the transmission can overheat.^[5] A manual transmission’s clutch only generates heat when it slips, which does not happen unless the driver is riding the clutch pedal.
• A driver has more direct control over the state of the transmission with a manual than an automatic. This control is important to an experienced, knowledgeable driver who knows the correct procedure for executing a driving manoeuver, and wants the machine to realise his or her intentions exactly and instantly. Manual transmissions are particularly advantageous for performance driving or driving on steep and winding roads. Note that this advantage applies equally to manual-automatic transmissions, such as tiptronic.
  • An example: the driver, anticipating a turn, can downshift to the appropriate gear while the steering is still straight, and stay in gear through the turn. This is the correct, safe way to execute a turn. An unanticipated change of gear during a sharp turn can cause skidding if the road is slippery.
  • Another example: when starting, the driver can control how much torque goes to the tires, which is useful for starting on slippery surfaces such as ice, snow or mud. This can be done with clutch finesse, or possibly by starting in second gear instead of first. The driver of an automatic can only put the car into drive, and play with the throttle. The torque converter can easily dump too much torque into the wheels, because when it slips, it acts as an extra low gear, passing through the engine power, reducing the rotations while multiplying torque. An automatic equipped with ESC, however, does not have this disadvantage.^{[citation needed]}||}}
  • Yet another example: passing. When the driver is attempting to pass a slower moving vehicle by making use of a lane with opposite traffic, he or she can select a lower gear for more power at exactly the right moment when conditions are right to begin the manoeuver. Automatics have a delayed reaction time, because the driver can only indicate his intent by pressing the throttle. The skilled manual transmission driver has an advantage of superior finesse and confidence in such situations.^{[citation needed]}||}}
• Driving a manual requires more involvement from the driver, thereby discouraging some dangerous practices. The manual selection of gears requires the driver to monitor the road and traffic situation, anticipate events and plan a few steps ahead. If the driver’s mind wanders from the driving task, the machine will soon end up in an incorrect gear, which will be obvious from excessive or insufficient engine RPM. Related points:
  • It’s much more difficult for the driver to fidget in a manual transmission car, for instance by eating, drinking beverages, or talking on a cellular phone without a headset. During gear shifts, two hands are required. One stays on the wheel, and the other operates the gear lever. The hand on the wheel is absolutely required during turns, and tight turns are accompanied by gear changes. If the hand leaves the wheel, the steering will begin to straighten. In general, the more demanding the driving situation, the more difficult it is for the manual driver to do anything but operate the vehicle. The driver of an automatic transmission can engage in distracting activities in any situation, such as sharp turns through intersections or stop-and-go traffic.
  • The driver of a manual transmission car can develop an accurate intuition for how fast the car is traveling, from the sound of the motor and the gear selection. It’s easier to observe the lower speed limits like 30 km/h and 50 km/h without glancing at the instrumentation.
• Cars with manual transmissions can often be started when the battery is dead by pushing the car into motion (or allowing it to roll down a hill) and then engaging the clutch in third or second gear. This is called a push start or commonly, «popping the clutch.»
• Manual transmissions work regardless of the orientation angle of the car with respect to gravity. Automatic transmissions have a fluid reservoir (pan) at the bottom; if the car is tilted too much, the fluid pump can be starved, causing a failure in the hydraulics. This could matter in some extreme off roading circumstances.^{[citation needed]}||}}
• It is sometimes possible to move a vehicle with a manual transmission just by putting it in gear and cranking the starter. This is useful in an emergency situation where the vehicle will not start, but must be immediately moved (from an intersection or railroad crossing, for example).

Disadvantages

• Manual transmissions require more driver interaction than automatic transmissions. Whether this is a disadvantage is debatable since many consider interaction with the car a good thing. It’s much more difficult for the driver to fidget in a manual transmission car, for instance by eating, drinking beverages, or talking on a cellular phone without a headset. During gear shifts, two hands are required. One stays on the wheel, and the other operates the gear lever. The hand on the wheel is absolutely required during turns, and tight turns are accompanied by gear changes. If the hand leaves the wheel, the steering will begin to straighten. In general, the more demanding the driving situation, the more difficult it is for the manual driver to do anything but operate the vehicle. The driver of an automatic transmission can engage in distracting activities in any situation, such as sharp turns through intersections or stop-and-go traffic.

• A driver may inadvertently shift into the wrong gear with a manual transmission, potentially causing damage to the engine and transmission as well as compromising safety.
• Manual transmissions are more difficult to learn to drive as one needs to develop a feel for properly engaging the clutch.
• The smooth and quick shifts of an automatic transmission are not guaranteed when operating a manual transmission.
• Manual transmissions are slightly harder to start when stopped upward on a hill, but this is overcome with a little experience.
• The clutch disc is a wear item and must be replaced periodically. This is typically a labor intensive process and can be an expensive service.

Applications and popularity

Many types of automobiles are equipped with manual transmissions. Small economy cars predominantly feature manual transmissions because they are relatively cheap and efficient, although many are optionally equipped with automatics. Economy cars are also often powered by very small engines, and automatic transmissions can make them comparatively very slow, while a manual transmission makes much more efficient use of the power produced.

Sports cars are also often equipped with manual transmissions because they offer more direct driver involvement and better performance. Off-road vehicles and trucks often feature manual transmissions because they allow direct gear selection and are often more rugged than their automatic counterparts.

Very heavy trucks also feature manual transmissions because they are efficient and, more importantly, can withstand the severe stress encountered in hauling heavy loads.

Conversely, manual transmissions are no longer popular in many classes of cars sold in North America, although they remain dominant in Europe. Nearly all cars are available with an automatic transmission option, and family cars and large trucks sold in the US are predominantly fitted with automatics. Less than 10% of all cars sold in the US are manual. In Europe and Asia most cars are sold with manual transmissions. Most luxury cars are only available with an automatic transmission. In situations where automatics and manual transmissions are sold side-by-side, the manual transmission is the base equipment, and the automatic is optional—although the automatic is sometimes available at no extra cost. Some cars, such as rental cars and taxis, are nearly universally equipped with automatic transmissions in countries such as the US, but the opposite is true in Europe.

In some countries, such as the United Kingdom, Germany and Japan, when a driver takes the licensing road test using an automatic transmission, the resulting license is restricted to the use automatic transmissions. Consequently, people who wish to obtain an unrestricted license take extra lessons to learn manual. This formal treatment of the manual transmission skill seems to maintain the widespread use of the manual transmission, rather than to diminish it. Some new drivers worry that their restricted driver’s license will become an obstacle for them in a culture where many cars have manual transmissions, so they take the extra lessons to obtain a full license. However, in countries where manual transmission is dominant, almost everyone learns to drive using a manual transmission. By means of this exposure, many new drivers become manual transmission drivers.

City streets are typically arranged according to a pattern that resembles a spider web, rather than a grid: streets which are approximately circular (such as the Ringstraße around Vienna) concentrically encircle the city core, intersected by radial streets that emanate from the centre. One can drive to a desired location in the city by following one of these rings, and then turn into the correct cross street. The traffic lights along the rings can be timed such that the traffic rarely has stop. In fact, it’s possible to encircle the city several times without ever stopping at a red light, or having to yield right-of-way to another traffic flow.

All of these features of these traffic systems promote traffic flow, and reduce wear on all those millions of clutches, as well as millions of drivers’ nerves.

Maintenance

Because clutches use changes in friction to modulate the transfer of torque between engine and transmission, they are subject to wear in everyday use. A very good clutch, when used by an expert driver, can last hundreds of thousands of kilometres. Weak clutches, downshifting, inexperienced drivers, and aggressive driving can lead to more frequent repair or replacement.

Manual transmissions are lubricated with gear oil, which must be changed periodically in some cars, although not as frequently as the automatic transmission fluid in a vehicle so equipped. (Some manufacturers specify that changing the gear oil is never necessary except after transmission work or to rectify a leak.)

Gear oil has a characteristic aroma, due to the addition of molybdenum disulfide compounds, to lubricate the large degree of sliding friction seen by the teeth due to their helical cut, which in turn is done to eliminate the characteristic whine of straight cut gears. Some manufacturers, however, such as Honda, do not use this additive in their gear lube, specifying regular motor oil until recently, and now their own brand of gear lube which seems to be an enhanced version of motor oil. On motorcyles with «wet» clutches (clutch is bathed in engine oil), there is usually nothing separating the lower part of the engine from the transmission, so the same oil lubricates both the engine and transmission.

See also

• Automatic Transmission