变换齿轮组，完成加速

汽车能以1挡起步，但大家都知道，1挡时即使将发动机转速提到最高，汽车的时速也只能达到20km～30km。此时发动机轰鸣，喧闹不堪，你却手足无措。你肯定会想，能不能既安静又舒适地提高汽车速度呢？这就需要把齿轮切换至2挡或3挡了。

切换齿轮，就是切换变速器中的齿轮组合，也就是改变齿轮的直径比，即1挡使用4：1的齿轮组，2挡用3：1，3挡用2：1，1挡用1：1（图3.4）。4挡使用1：1的齿轮组时，发动机的旋转力就能原原本本地传递到驱动轮。

图3.4 1挡～4挡使用的齿轮组一览

刚才我讲过，1挡时发动机的扭矩增大到原来的4倍。这其实是利用了齿轮的大小比率。

如图3.4所示，1挡时虽然增大了力，但转速降至原来的1/4。这是因为旋转力从小齿轮传递至大齿轮时，小齿轮旋转一次大齿轮才旋转1/4次。因此，1挡时虽然提高了发动机一侧齿轮的转速，但传递到轮胎的转速并没增加多少，所以时速才只有20km～30km。

为了提高速度，就需要提高在驱动轮一侧传递旋转力的齿轮的转速。如果将齿轮的直径比变为3：1或2：1，使小齿轮的转速逐渐接近大齿轮，就能提高驱动轮的转速从而给汽车提速。如图3.4所示，当4挡时齿轮的直径比为1：1，两侧的旋转力和转速就相同了。变速器就是这样切换大小齿轮组的。

读到这里，你可能会有疑问：发动重达1吨的汽车需要很大的力，那发动后就没必要增大发动机的力了吗？

我在第2章讲到发动机的飞轮时讲过一个物理原理，即重物的确很难开始运动，但一旦开始就很难停止。这就是物体的惯性力。比如骑自行车时，自行车起动后只需很小的力就能继续前进。甚至即使不用力踩脚踏板，它也能暂时保持速度不变。汽车也是如此。虽然从静止到发动需要很大的力，但一旦发动，就不需要那么大的力了。因此，汽车一旦发动，相对于力的大小，更加关注的是速度的快慢，力图通过缩小大小齿轮的直径比完成加速。