作者：艾斯帝夫
Gearbox，也就是我们常说的变速箱，它是汽车发动机和车轮间动力传递的桥梁，用学术的方式解释，就是力矩转换机构。
在一般的家用汽车发动机中，曲轴的日常工作转速一般在-rpm之间，极端情况可能会更高。如果直接将曲轴的旋转力矩传递给车轮，难免会发生轮速过高、扭矩过小的冲突，也使得发动机的负担增大，甚至难以克服摩擦力驱动汽车。
骑过自行车的人应该知道，无变速器的自行车骑行起来比较费劲，而且速度通常很慢，遇到上坡尤其费劲。换作一台可前后变速的山地自行车就轻松多了，其实这个道理跟汽车变速箱一样。
变速器里的齿轮组大部分都是更加易于
啮合的斜齿轮（图为福特双离合器变速器齿轮组）
汽车的变速箱是一种聪明的机械闭锁机构，它可以按照不同的齿轮比例来降低输出转速，增大扭转力矩，而这个力矩又通过齿轮与齿轮的传递让汽车跑得更快，同时让发动机更省力、省油，这就是变速箱存在的意义。
齿轮的秘密
比较有趣的是，很多人学车的时候学的是手动挡，但真正买车后却不会开手动挡的车了......
其实，驾驶手动挡的车并不难，就像手动变速箱的构成那么简单，手动箱子里无非就是装着一堆齿轮和一组拨叉。但是齿轮看起来小巧而简单，实际上也有大学问。
为了让切换挡位时更平顺、安静，所以目前汽车手动变速箱都采用斜齿轮。斜齿轮还具有一个优点，就是利于改变啮合齿轮的运动方向，当两个同样结构的斜齿轮啮合时，便可以很轻松的垂直咬合在一起。
纵置式手动变速箱，换挡杆位于变速器后端，
力矩损耗更小，换挡操作更直接
在变速箱中，各级齿轮间的齿比由齿轮的齿数决定。例如相互啮合的两个齿轮齿数分别为20个和10个，那么前者输入端转一圈就会带动后者输出端转两圈，变速比即为2:1。实际上这也就达到了通常意义上所说的加挡的目的了——大齿轮带动小齿轮，就是一组高速挡位。
同理，降挡时就是将力传递给齿数相对较多的齿轮，假设输入端齿轮仍为20齿，而输出端变为15齿，这么一来，齿比则变为了1.33:1，力矩增大，爬上坡会更有劲。
手动变速箱的换挡拨叉机构如果把几组不同规格（齿数）的齿轮组合在一起，便可以构建一个变速机构来快速地升降挡了。这样一来，假设一套齿轮机构输入端齿轮为20齿，二级齿轮为40齿，输出端齿轮为50齿，第一级变速比为1:2，第二级为4:5，最终的变速比为两级变速比之积，即2:5。以此类推，再多增加几组齿轮，再弄清楚它们的齿数前提下，便能很轻松算出速比，知道变速器的能力范围了。
变速的基本原理
值得注意的是，在汽车的变速箱中不仅有常规的变速齿轮，几乎所有车辆都还有一套差速齿轮（差速器），它把守着汽车动力传递到车轮的最后关口，一般位于前桥或者后桥的中部（牙包）位置，作用是产生终传比。
结构方面，差速器齿轮由一个输入端小齿轮和一个大齿圈构成。我们以一台斯巴鲁翼豹（SubaruImprezaGH）5速手动变速箱为例，假设它的终传比为4.:1，这也就是变速箱输出轴到车轮驱动半轴的最终变速比。
SubaruImpreza我们可以看到，假设当发动机转速在rpm时，变速箱处于5挡，那么变速箱输出轴的转速就为rpm，通过终传比为4.:1的差速器，最后传到驱动半轴的转速则为rpm。如果知道车轮尺寸，利用上面的比例关系公式，甚至可以计算出这款车在发动机某一转速下的最高车速。
翼豹配备的是5速手动变速箱另外一个例子是，已知翼豹的车轮尺寸为/55R16规格，整个车轮的半径r为mm，那么车轮的周长就为2r乘以圆周率3.14，即.24mm。目前，已知推算出的变速箱5挡时输出转速为rpm，那么每分钟行驶距离就用.24mm乘以rpm，即为.6mm，换算成米即为.m，然后除以每小时60分钟，最后得出rpm转速下的车速为.7km/h，约等于km/h。
当然，以上只是我们的理论计算，实际上翼豹在km/h的车速下，变速箱位于5挡，发动机转速大大低于rpm。
来自三菱LancerEvolutionX的后轮差速换挡平顺性
我们还是以斯巴鲁翼豹的5速手动变速箱为例。假设，当我们想要切换到4挡时，换挡杆推向第4挡，变速拨叉随之会轴向后移，同时推动接合套后移，内花键与4挡斜齿轮前端的外花键啮合，通过花键的接合，将接合套与输出轴锁止。同时当离合器接合时，发动机曲轴便驱动动力输出轴转动，变速器输出轴上的其他斜齿轮空转。
刚刚被锁止的4挡斜齿轮即刻起便与发动机接合，同时输出动力至半轴，接着是差速器，最后到达车轮。这是一个完整的动力传输路径，也是一套换挡动作的范例。
为了挂上4挡，接合套会从3挡斜齿轮滑向4挡斜齿轮，那为什么我们需要使用离合器呢？原因就在于，当我们推动换挡杆换挡时，变速器内的各个齿轮还在高速旋转，如果生拉硬拽整个变速器就会发生打齿现象，损伤度极大；另外，使用离合器还可以避免摩擦噪音，实现主动降噪。
右侧轮轴两组齿轮中间的部件就是同步器变速器的噪音实际上是由接合套花键与斜齿轮花键接合不当时产生的，这种情况通常发生在换挡时离合器接合过快时。所以过去没有同步器的变速箱需要踩两脚离合才能实现平顺换挡。所谓两脚离合，就是当第一次踩离合器时，变速拨叉和接合套退到空挡位置，此时还需要补加一脚空油，提高转速；第二次踩离合器，将接合套滑动至与下一级斜齿轮啮合，在保持转速基本同步的情况下完成换挡。现在的汽车都加入了同步器，加、减挡都只需一脚离合即可。
倒挡的原理
倒挡实际上是变速器功能的延伸，为什么两轮摩托车没有倒挡？一个原因是因为它小巧，可以人为搬动，另一个原因就是在小巧的变速器内加装倒挡不合理，会占用很大的空间。
手动变速箱示意图，四个前进挡集中在输出轴上，
倒挡则由单独的拨叉控制
不过在汽车上，这个问题迎刃而解。倒挡其实就是上述变速器换挡原理的一种延伸，不同之处就是多了一个变向的齿轮而已。倒挡一般由三个上、中、下啮合在一起的斜齿轮来实现，而非像前进挡中的两个齿轮啮合即可。同样的，上齿轮安装在变速器输出轴上，下齿轮在中间轴上——动力输出轴的末端，而在它们之间啮合着一个用于变向的齿轮——一个单独存在齿轮，只服务于倒挡，用来改变力矩的传递方向。
离合器的核心作用
变速箱是如何实现换挡的？
我想通过前面的讲解，你或许已经大致了解了基本原理。变速箱的工作，就是从速比到各挡位的工作关系，接下来还有一个重要部件，它在汽车变速箱换挡时起重要作用——离合器。
离合器摩擦片离合器中的另一个重要部件，双质量飞轮简单说，离合器的作用就是使你能够在汽车行驶时变换挡位——短暂的分离动力输出轴与变速器输出轴，避免因转速不同步而打齿。比如在红灯亮起时我们要停车，但又不想关闭发动机，这是发动机就是一直“转动”，同时也就会带动曲轴始终运转，而曲轴又与变速器动力输出轴相连，所以此时就需要一个能够在发动机曲轴和变速器中间轴之间可以切断动力的机构，离合器自然就充当了这个“调解员”的角色。
离合器总成离合器由压盘、飞轮和从动盘三个基本部分构成。其中飞轮与发动机曲轴相联，而从动盘通过花键与变速器中间轴相联。
OK，至此，关于手动变速箱的原理我们已经大致梳理了一遍。我们希望把复杂的机械原理变成浅显的日常知识，让大家更方便理解手动变速箱，同时也更好地驾驶手动挡车型。知其然，知其所以然，这才是生活的乐趣。望各位安全上路，享受手动挡的乐趣~~