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2006/06/20

由於車輛動力經由引擎輸出後，並不是直接傳至傳動軸上，還需經過變速箱的齒輪轉換。而會有此設計，主要是透過變速箱中的多種齒輪組合，產生動力放大的效果。此原理可以藉由變速自行車獲得解釋；由於人力有所限制，但為求得更佳的性能表現，因此加入了變速系統，在小齒輪搭配下，以相同的腳力卻可換取輕快的加速力道，但卻無法獲得較快的速度，而在起步後要求得更快的速度，則需換為大齒輪，同樣在一樣的腳力驅動下，卻可擁有更快的速度表現。

同理可證，車輛上的變速箱便是透過大小齒輪的組合，讓車輛可於起步獲得所需的較大動力，而在車輛移動後的慣性所致，在一定的速度下，加速所需的力道便無須如同起步般的強大，因此在齒輪的變化中，可搭配不同速度所需的動力輸出，以造就完整的加速過程。

手排變速系統中，引擎曲軸將動力通過離合器傳至變速箱的輸入軸，經過變速箱中的齒輪傳輸後，再經由變速箱輸出軸傳遞至傳動軸中，便完成了引擎至車輪上的動力傳遞。因此駕駛在踩下離合器後，離合器將引擎曲軸與變速箱輸入軸切開，引擎動力與變速箱呈現不接合狀態，變速箱在無動力貫入之時，駕駛將排檔桿撥至所需檔位，透過排檔桿與變速箱連結的結構傳遞，主齒輪便被切換至選擇檔位齒輪的位置，在駕駛手部份完成換檔動作後，腳下的離合器一放，引擎動力與變速箱再度接合狀態，動力便可傳至車輪上。

由於手排變速箱是機械結構的金屬齒輪硬碰硬的直接接合，因此動力傳輸僅於齒輪咬合間些許浪費，雖然無法將引擎輸出動力全盤的傳遞至車輪上，但以目前車輛科技發展而論，此變速傳動系統已是最不浪費的設計，且相較於自排變速系統，動力傳輸絕對較直接。

一般消費者在許多雜誌中，皆會看到有關於齒輪比與終傳比的相關名詞，到底這些名詞與引擎輸出功率有何相關之處？自排系統與手排系統又如何與這些齒輪比搭上關係？當然還是要繼續看下去…

由於引擎轉速動輒數千轉，如果直接將其轉至輪胎的轉數，過快的表現，將會有可能讓車輛「飛」起來，因此變速箱中的齒輪更肩負著引擎輸出的轉速降低的功能。透過變速箱中大小不同的齒輪相搭配下，可有效的降低引擎輸出的轉速速度，且可藉由此搭配，將扭矩放大，且由於齒輪的圓周比就是半徑比，而轉速降低的比率及扭矩放大的倍數，都恰好等級兩齒輪的齒數比例，這就是所謂的「齒輪比」。

或許此過於艱深的理論，一般讀者無法了解，因此舉例說明。在一輛汽車於3000rpm轉速時具有20kgm的扭力輸出，而變速箱中的小齒輪為15齒，大齒輪為45齒，經過小齒輪至大齒輪的動力傳輸過程中，轉速將降低1/3(15/45)，因此轉速降至1000rpm，但扭矩則放大三倍，達到60kgm，便是此道理。

此外，引擎在輸出扭力後，於變速箱中需經過兩次的扭矩放大，第一次就為變速箱的檔位作動，第二次則為最終齒輪比的因素(或稱為終傳比)。舉例來說，如果一輛車的一檔齒輪比為3.2，最終齒輪比則為4.0，引擎峰值扭力為15.0kgm/5000rpm，則第一檔的最扭力經過兩次齒輪放大後，為15.0x3.2x4.0=192kgm，較原有引擎輸出放大了12.8倍，不過此時還需再除以輪胎半徑尺寸，方為實際輪上推力。

不過由於機件傳輸上仍有些許的動能損耗，因此實際傳至輪上的動力並不會如同上述公式般準確，而此時機件的損耗便是手排變速箱與自排變速箱的最大差異。在手排變速箱中，由於齒輪間的傳輸皆依賴最原始的接觸原理，因此傳輸效率約在95%左右，而自排變速箱透過液壓油的傳遞，動能損耗更為明顯，傳輸效率只剩下88%，且無論是自排變速箱與手排變速箱，皆須再經過傳動軸約98%的傳輸效率再次降低動能傳遞，因此到輪上的動力，皆經過了多次折扣。

但在手排與自排兩系統的比較下，手排變速箱的動力傳遞遠較自排變速箱傑出，因此也難怪在相同的車輛與引擎動力條件下，手排車款遠較自排車款來得快速了！