現(xiàn)有的各種機(jī)械式手動(dòng)變速器上，有很大一部份都帶有平衡塊，在帶平衡塊的變速器中，平衡塊的布置大體有兩種情況：一種是換檔時(shí)需要克服平衡塊重力做功的布置方式，就是說(shuō)在換檔過(guò)程中，平衡塊相對(duì)于統(tǒng)一的參考平面，重力勢(shì)能發(fā)生了改變;還有一種就是平衡塊水平布置，在換檔過(guò)程中平衡塊始終在同一平面內(nèi)，在換檔過(guò)程中幾乎不克服重力做功，平衡塊在換檔機(jī)構(gòu)上起到的主要作用分析認(rèn)為是可以增加換檔吸入感。

　　一般情況下，商用車的布置空間相對(duì)較大，一般采用第一種布置方式，甚至采用多個(gè)平衡塊。例如某變速器上的平衡塊的布置方式。在變速器上或者整車上，換檔軸水平布置，換檔搖臂垂直于換檔軸。從圖中可以看出平衡塊相對(duì)于它的旋轉(zhuǎn)中心(換檔軸)垂直，并且在換檔過(guò)程中需克服重力做功。如圖1所示：

　　而對(duì)于乘用車而言，對(duì)選換檔力、布置空間、換檔手感都要求較嚴(yán)，所以在乘用車機(jī)械式手動(dòng)變速器上，一般都有平衡塊，且大多采用第二種布置方式。例如某變速器只有一個(gè)平衡塊，位于換檔拉桿孔的另一面。平衡塊與選換檔搖臂在同一平面內(nèi)。如圖2所示：

　　無(wú)論平衡塊如何布置，平衡塊均可以看作圓柱體。如圖3所示：

　　此時(shí)平衡塊相對(duì)于Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

　　式中：m---平衡塊的質(zhì)量;

　　R---平衡塊截面圓的半徑;

　　顯然，Z軸相與平衡塊的實(shí)際旋轉(zhuǎn)中心(換檔軸)平行，假設(shè)Z軸與換檔軸之間的距離為d，根據(jù)平行軸定理：剛體對(duì)于任一軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，等于剛體對(duì)于通過(guò)質(zhì)心，并與該軸平行的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加上剛體的質(zhì)量與兩軸間距離的平方。

     于是有若有多個(gè)平衡塊，則其總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為各個(gè)平衡塊轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和。

　　從上面的計(jì)算可以看出，由于平衡塊的形狀較為規(guī)則，并且它只做固定圓的圓周運(yùn)動(dòng)，所以它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)好計(jì)算。但是，在此之前我們必須解決一個(gè)問(wèn)題：在對(duì)結(jié)構(gòu)緊湊性以及輕量設(shè)計(jì)化要求越來(lái)越苛刻的今天，變速器上為何要加上一個(gè)質(zhì)量相對(duì)較大的平衡塊?

　　我們先看剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方程：

　　從方程中可見(jiàn)，剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其主動(dòng)力對(duì)轉(zhuǎn)軸的矩使剛體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。力矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度大;若力矩相同，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，則角加速度小，反之，角加速度大?？梢?jiàn)，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小表現(xiàn)了剛體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)改變的難易程度。即：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣性的度量。

　　我們從式(1)可以看出，剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小跟質(zhì)量大小以及質(zhì)量的分布有關(guān)。工程中，例如往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)、沖床和剪床等機(jī)器常在轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)大飛輪，并使飛輪的質(zhì)量大部分分布在輪緣。這樣飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，機(jī)器受到?jīng)_擊時(shí)，角加速度小，可以保持比較平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。同樣的道理，在變速器換檔臂上加裝平衡塊，可以保證在換檔行程中，換檔搖臂具有比較平穩(wěn)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，即改善了換檔手感。

　　汽車行駛過(guò)程中，換檔時(shí)手柄上的受力曲線如圖4所示，剛開(kāi)始受力較為穩(wěn)定，為F1,在T1時(shí)刻受到一個(gè)沖擊載荷，受力同時(shí)變大為F2.這時(shí)受力突然變大是因?yàn)橥狡髟陂_(kāi)始通過(guò)錐面摩擦來(lái)取得同步轉(zhuǎn)速并掛擋。

　　我們分析一下?lián)Q檔臂的運(yùn)動(dòng)情況:剛開(kāi)始受一個(gè)正向力(以換檔時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正向的加速度，一段時(shí)間后它會(huì)具有一個(gè)正向的速度(到達(dá)T1時(shí)刻時(shí)速度為V1)。當(dāng)?shù)絋1時(shí)刻時(shí)，同步器會(huì)給它一個(gè)反方向的沖擊載荷，這時(shí)它就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反方向的加速度，即使操縱者也會(huì)在一定程度上加大操縱桿的推力，但速度會(huì)減小，此時(shí)速度改變的越慢意味著手感越好，由式(3)可知，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，速度改變量越小。

　　我們假設(shè)搖臂是質(zhì)量為m的長(zhǎng)方塊物體，它做的也是直線運(yùn)動(dòng)(這樣分析起來(lái)更直觀)。此時(shí)它的質(zhì)量就是等價(jià)于圓周運(yùn)動(dòng)中它的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。如圖5所示：　　L為搖臂的換檔行程，L1為T(mén)I時(shí)刻以前的行程。從圖上我們可以看出：

　　TI時(shí)刻以后，沖擊載荷仍在的任意時(shí)刻 ，它的速度為：

　　從上式可以看出，此時(shí)它的質(zhì)量m越大，V和V1的差別越小。也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)就越平穩(wěn)。反映在操縱者的推動(dòng)手柄上就越穩(wěn)定。同時(shí)，由于沖擊載荷作用的時(shí)間為T(mén)2-T1，如果質(zhì)量很小，那樣速度的改變量就會(huì)很大，如果到T2時(shí)刻之前，速度已經(jīng)減小到零，此時(shí)由于有反向加速度的作用，反映到操縱者的手上就是需要很大的力才能推動(dòng)手柄向前運(yùn)動(dòng)。從這方面來(lái)說(shuō)，也需要它的質(zhì)量相對(duì)較大。

　　因此，我們可以知道平衡塊在選換檔機(jī)構(gòu)中的作用是起到增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量克服摩擦阻力，從而增強(qiáng)換檔手感(換檔時(shí)有吸入的感覺(jué))，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)適合的換檔平衡塊機(jī)構(gòu)來(lái)改善換檔手感值得進(jìn)一步探討和研究。