1、平衡块概况及转动惯量分析现有的各种机械式手动变速器上，有很大一部份都带有平衡块，在带平衡块的变速器中，平衡块的布置大体有两种情况：一种是换档时需要克服平衡块重力做功的布置方式，就是说在换档过程中，平衡块相对于统一的参考平面，重力势能发生了改变；还有一种就是平衡块水平布置，在换档过程中平衡块始终在同一平面内，在换档过程中几乎不克服重力做功。一般情况下，商用车的布置空间相对较大，而且对选换档力、手感要求相对较低，所以可以采用第一种布置方式，甚至采用多个平衡块。例如我公司 LC6T46 变速器上的平衡块的布置方式。在变速器上或者整车上，换档轴水平布置，换档摇臂垂直于换档轴。从图中可以看出平衡块相对于
2、它的旋转中心（换档轴）垂直，并且在换档过程中需克服重力做功。如图 1 所示：1-平衡块；2-换档摇臂；3- 换档轴；4- 拉杆销孔而对于乘用车而言，对选换档力、布置空间、换档手感都要求较严，所以在乘用车机械式手动变速器上，一般都有平衡块，且大多采用第二种布置方式。例如我公司 MF70B上 ，只有一个平衡块，位于换档拉杆孔的另一面。平衡块与选换档摇臂在同一平面内。如图 2 所示：1-换档轴；2平衡块；3拉杆销孔； 4换档摇臂图 2无论平衡块如何布置，平衡块均可以看作圆柱体。如图三所示： 图三此时平衡块相对于 Z 轴的转动惯量式（1）21mRJzc式中：m-平衡块的质量；R-平衡块截面圆的半径；显
3、然，Z 轴与平衡块的实际旋转中心（换档轴）平行，假设 Z 轴与换档轴之间的距离为 d，根据平行轴定理：刚体对于任一轴的转动惯量，等于刚体对于通过质心，并与该轴平行的轴的转动惯量，加上刚体的质量与两轴间距离的平方。于是有式（2）21mdRJz若有多个平衡块，则其总的转动惯量为各个平衡块转动惯量之和。从上面的计算可以看出，由于平衡块的形状较为规则，并且它只做固定圆的圆周运动，所以它的转动惯量相对好计算。但是，在此之前我们必须解决一个问题：在对结构紧凑性以及轻量设计化要求越来越苛刻的今天，变速器上为何要加上一个质量相对较大的平衡块？我们先看刚体绕定轴转动的方程：式（3）)(FMJZz从方程中可见，刚
4、体绕定轴转动时，其主动力对转轴的矩使刚体转动状态发生变化。力矩大，转动角加速度大；若力矩相同，刚体转动惯量大，则角加速度小，反之，角加速度大。可见，刚体转动惯量的大小表现了刚体转动状态改变的难易程度。即：转动惯量是刚体转动关键的度量。我们从式（1）可以看出，刚体转动惯量的大小跟质量大小以及质量的分布有关。工程中，例如往复式活塞发动机、冲床和剪床等机器常在转轴上安装一个大飞轮，并使飞轮的质量大部分分布在轮缘。这样飞轮的转动惯量大，机器受到冲击时，角加速度小，可以保持比较平稳的运转状态。同样的道理，在变速器换档臂上加装平衡块，可以保证在换档行程中，换档摇臂具有比较平稳的转动状态，即改善了换档手感。
5、汽车行驶过程中，换档时手柄上的受力曲线如图所示，刚开始受力较为稳定，为 F1,在T1 时刻受到一个冲击载荷，受力同时变大为 F2.这时受力突然变大是因为同步器在开始通过锥面摩擦来取得同步转速并挂挡。F22222F1T1 T2我们分析一下换档臂的运动情况:刚开始受一个正向力（以换档时的运动方向为正方向） ，它会产生一个正向的加速度，一段时间后它会具有一个正向的速度（到达 T1 时刻时速度为 V1） 。当到 T1 时刻时，同步器会给它一个反方向的冲击载荷，这时它就会产生一个反方向的加速度，即使操纵者也会在一定程度上加大操纵杆的推力，但速度会减小，此时速度改变的越慢意味着手感越好，由式（3）可知，转
6、动惯量越大，速度改变量越小。我们假设摇臂是质量为 m 的长方块物体，它做的也是直线运动（这样分析起来更直观） 。此时它的质量就是等价于圆周运动中它的转动惯量。如图所示：L 为摇臂的换档行程，L1 为 TI 时刻以前的行程。从图上我们可以看出：TI 时刻以后，冲击载荷仍在的任意时刻 ，它的速度为：（初始时刻为 0）)1(1TtmFVZ从上式可以看出，此时它的质量 m 越大，V 和 V1 的差别越小。也就是说运动就越平稳。反映在操纵者的推动手柄上就越稳定。同时，由于冲击载荷作用的时间为 T2-T1，如果质量很小，那样速度的改变量就会很大，如果到 T2 时刻之前，速度已经减小到零，此时由于有反向加速度的作用，反映到操纵者的手上就是需要很大的力才能推动手柄向前运动。从这方面来说，也需要它的质量相对较大。因此，我们可以知道平衡块在选换档机构中的作用是起到增加转动惯量克服摩擦阻力，从而增强换档手感（换档时有吸入的感觉） 。
