本文只討論汽車摩托車，不討論腳踏車、工程機械、坦克、裝甲車。基礎概念：本文中的原動機僅指為汽車提供行駛動力的旋轉機械。變速器的作用：1、最主要的作用： 透過改變變速器的傳動比，實現擴大原動機的轉速範圍、扭矩範圍，從而充分利用原動機的功率和效率區間。2、對於不能反轉的原動機還需要變速器實現倒檔。 對於應該最廣泛的活塞發動機，基本上不存在可以實用反轉情況。3、對於有怠速原動機還需要實現空檔，實現長時間切斷動力。 值得注意的是，有些人認為需要怠速或者不能從零轉速工作的原動機才需要空檔。對於不能從0轉速開始工作的原動機通常用離合器或者液力變矩器才實現平穩起動。 不過在設計上離合器和空檔的理念又各有區別。離合器在設計上更注重平穩接合和可靠傳遞動力，重點是在"合“，只有被操作的時候才是“離”。而變速箱的空檔注意的是可靠分離動力，重點在離。 不過話又說回來。使用一個比功率巨大、轉速極高、扭矩平直髮動機來不用變速器只有主減速器來推動一個輕巧的單座車，也不是不可能。當然加速效能、油耗價格什麼的就可以呵呵了，壕車的屬性永遠不懂。 有沒有不那麼任性的例子呢？直接鏈連驅動的油助力車。就是這種低科技車也很少見了，哪怕是CJ50這種神級老車也都有一個發著叮叮聲的CVT，請注意看傳動皮帶。為什麼變速器需要實現那些功能，就要從原動機特性上說起。一、汽車最常用的原動機往復式活塞式內燃機的萬有特性告訴我們：簡單說一下這個圖含意。橫座標是轉速，單位是轉/分。左縱座標是扭矩，用來表示是面那條黑線的值。紅色等功率曲線。藍色線是等油耗曲線，單位是g/kwh，可以換算成百分比制的效率。這個是外特性圖:1、轉速低的輸出扭矩較低，中等轉速的輸出扭矩基本不變，轉速再高就扭矩就開始下降，綜合起來就是發動機的輸出功率隨著轉速升高而升高到一個極值後開始下降。2、燃油消耗率最低的區域只在某一個轉速和油門區域內。3、內燃機內燃機調速範圍有限，常用的低速柴油機從怠速600RPM~最高轉速2600RPM，一般汽油機怠速800RPM~最高6000RPM（一般發動機）8000RPM~10000RPM（效能較好的），F1發動機怠速1000RPM(大概）~最高19000RPM（大概）。二、我們需要車的特性。1、可以足夠慢，大概和人走路差不多，可以足夠快，上得了高速路。還要能爬上足夠的陡坡。2、低速儘量的加速快，為了儘快加速，還要克服車的慣性需要更大的驅動力。還要能爬上足夠的陡坡。3、原動機的輸出功率從低速到高速基本不變吧，換一種說法就是充分利用原動機的功率。4、省油。三、所以我們需要變速箱。1、結合一.3和二.1。如果整車只有一個傳動比，就現有的內燃機轉速範圍不能滿足調速要求。滿足低速能上坡，高速就達不到。高速達到了，低速驅動力就不夠。2、已經需要變速箱了，就把整個內燃機變速器做成一個低速到高速輸出功率都差不多的吧。看下面那個圖，各顏色連線是不是和恆功率差不多了？把圖放大，看五條細紅線（發動機功率線,對應右邊縱座標）圍成的包絡線表明，配合好檔位和油門，高過一定車速，功率輸出就成了基本一條直線。3、省油啊，有了變速器就可以讓發動儘量的在省油區間工作了。說省油這個事，還要結合萬有特性圖和油耗圖。當車速一定，所需用的發動機功率一定，在萬有特性圖上找到對應的等功率曲線，等油耗曲線和等功率曲線的交點，交點就是某個工況的油耗。可以看出，在相同功率下，發動機轉速越低油耗率就越低。怎麼能降低發動機轉速呢，降低變速器的減速比吧，當減速比低過一，變速箱就成了超速檔了。 說到功率的利用和省油，在一兩個需求上CVT（無級變速器）可以說是集大成者。需要省油的時候，就讓發動機一直工作在最省油的那個點(實際在標定過程中還要考慮排放），急加速或者爬坡要功率的時候就讓發動機一直工作在最大功率點。但是由於CVT都是利用摩擦來傳遞動力，導致機械效率低，限制了CVT的應用。四、有沒有滿足二大點要求的原動機呢?有！1、外燃機。包括往復式活塞式蒸氣機（就是瓦特改進的那種，沒聽說過火車有變速箱的吧，這貨還有能倒轉），不過這個不省油。蒸氣渦輪發動機Turbine，設計良好的蒸氣渦輪效率也非常高。但是任何精神正常的工程師都不會考慮把這兩貨裝到汽車上，因為實在太重了。如果哪一天核反應堆小型化了，有可以會裝到車上。斯特林發動機，這個雖然理論上很有前景，但是商品化的路上還有很大的距離。2、燃氣渦軸發動機（Turboshaft）注意是壓氣機是單獨驅動。美軍M1A1坦克就用的這種，但是還是匹配有四速的變速器。(直升機用的一種壓氣機和輸出軸固連的渦軸，那是因為直升機不需要發動機低速效能，只需要高速能出大功率）克萊斯勒在六十年代研製的渦輪軸汽車PG02b ENGINE 注意看右下的轉速扭矩圖。這貨也裝了一個三速變速器。3、電動機。電動機的基本力矩只受機械、電機內部磁飽和、線圈流過電流產生熱量的限制（所以超導材料才有那麼大的前景）。就算是現在大名頂頂的特斯拉在設計時候也考慮過使用兩速變速器。這些外特性非常好的原動機為什麼還是匹配變速器呢?主要還是為了利用原動機的高效率區間。無論是任何原動機，都只在一定轉速扭矩範圍內具有最高的效率。用了變速器就能更多的利用高效率的區間，從而在動力性和經濟性之間取得平衡。另外還可以減小噪音。有了變速器就可以讓原動機工作在噪音相對效小的區間內。提高舒適性。
本文只討論汽車摩托車，不討論腳踏車、工程機械、坦克、裝甲車。基礎概念：本文中的原動機僅指為汽車提供行駛動力的旋轉機械。變速器的作用：1、最主要的作用： 透過改變變速器的傳動比，實現擴大原動機的轉速範圍、扭矩範圍，從而充分利用原動機的功率和效率區間。2、對於不能反轉的原動機還需要變速器實現倒檔。 對於應該最廣泛的活塞發動機，基本上不存在可以實用反轉情況。3、對於有怠速原動機還需要實現空檔，實現長時間切斷動力。 值得注意的是，有些人認為需要怠速或者不能從零轉速工作的原動機才需要空檔。對於不能從0轉速開始工作的原動機通常用離合器或者液力變矩器才實現平穩起動。 不過在設計上離合器和空檔的理念又各有區別。離合器在設計上更注重平穩接合和可靠傳遞動力，重點是在"合“，只有被操作的時候才是“離”。而變速箱的空檔注意的是可靠分離動力，重點在離。 不過話又說回來。使用一個比功率巨大、轉速極高、扭矩平直髮動機來不用變速器只有主減速器來推動一個輕巧的單座車，也不是不可能。當然加速效能、油耗價格什麼的就可以呵呵了，壕車的屬性永遠不懂。 有沒有不那麼任性的例子呢？直接鏈連驅動的油助力車。就是這種低科技車也很少見了，哪怕是CJ50這種神級老車也都有一個發著叮叮聲的CVT，請注意看傳動皮帶。為什麼變速器需要實現那些功能，就要從原動機特性上說起。一、汽車最常用的原動機往復式活塞式內燃機的萬有特性告訴我們：簡單說一下這個圖含意。橫座標是轉速，單位是轉/分。左縱座標是扭矩，用來表示是面那條黑線的值。紅色等功率曲線。藍色線是等油耗曲線，單位是g/kwh，可以換算成百分比制的效率。這個是外特性圖:1、轉速低的輸出扭矩較低，中等轉速的輸出扭矩基本不變，轉速再高就扭矩就開始下降，綜合起來就是發動機的輸出功率隨著轉速升高而升高到一個極值後開始下降。2、燃油消耗率最低的區域只在某一個轉速和油門區域內。3、內燃機內燃機調速範圍有限，常用的低速柴油機從怠速600RPM~最高轉速2600RPM，一般汽油機怠速800RPM~最高6000RPM（一般發動機）8000RPM~10000RPM（效能較好的），F1發動機怠速1000RPM(大概）~最高19000RPM（大概）。二、我們需要車的特性。1、可以足夠慢，大概和人走路差不多，可以足夠快，上得了高速路。還要能爬上足夠的陡坡。2、低速儘量的加速快，為了儘快加速，還要克服車的慣性需要更大的驅動力。還要能爬上足夠的陡坡。3、原動機的輸出功率從低速到高速基本不變吧，換一種說法就是充分利用原動機的功率。4、省油。三、所以我們需要變速箱。1、結合一.3和二.1。如果整車只有一個傳動比，就現有的內燃機轉速範圍不能滿足調速要求。滿足低速能上坡，高速就達不到。高速達到了，低速驅動力就不夠。2、已經需要變速箱了，就把整個內燃機變速器做成一個低速到高速輸出功率都差不多的吧。看下面那個圖，各顏色連線是不是和恆功率差不多了？把圖放大，看五條細紅線（發動機功率線,對應右邊縱座標）圍成的包絡線表明，配合好檔位和油門，高過一定車速，功率輸出就成了基本一條直線。3、省油啊，有了變速器就可以讓發動儘量的在省油區間工作了。說省油這個事，還要結合萬有特性圖和油耗圖。當車速一定，所需用的發動機功率一定，在萬有特性圖上找到對應的等功率曲線，等油耗曲線和等功率曲線的交點，交點就是某個工況的油耗。可以看出，在相同功率下，發動機轉速越低油耗率就越低。怎麼能降低發動機轉速呢，降低變速器的減速比吧，當減速比低過一，變速箱就成了超速檔了。 說到功率的利用和省油，在一兩個需求上CVT（無級變速器）可以說是集大成者。需要省油的時候，就讓發動機一直工作在最省油的那個點(實際在標定過程中還要考慮排放），急加速或者爬坡要功率的時候就讓發動機一直工作在最大功率點。但是由於CVT都是利用摩擦來傳遞動力，導致機械效率低，限制了CVT的應用。四、有沒有滿足二大點要求的原動機呢?有！1、外燃機。包括往復式活塞式蒸氣機（就是瓦特改進的那種，沒聽說過火車有變速箱的吧，這貨還有能倒轉），不過這個不省油。蒸氣渦輪發動機Turbine，設計良好的蒸氣渦輪效率也非常高。但是任何精神正常的工程師都不會考慮把這兩貨裝到汽車上，因為實在太重了。如果哪一天核反應堆小型化了，有可以會裝到車上。斯特林發動機，這個雖然理論上很有前景，但是商品化的路上還有很大的距離。2、燃氣渦軸發動機（Turboshaft）注意是壓氣機是單獨驅動。美軍M1A1坦克就用的這種，但是還是匹配有四速的變速器。(直升機用的一種壓氣機和輸出軸固連的渦軸，那是因為直升機不需要發動機低速效能，只需要高速能出大功率）克萊斯勒在六十年代研製的渦輪軸汽車PG02b ENGINE 注意看右下的轉速扭矩圖。這貨也裝了一個三速變速器。3、電動機。電動機的基本力矩只受機械、電機內部磁飽和、線圈流過電流產生熱量的限制（所以超導材料才有那麼大的前景）。就算是現在大名頂頂的特斯拉在設計時候也考慮過使用兩速變速器。這些外特性非常好的原動機為什麼還是匹配變速器呢?主要還是為了利用原動機的高效率區間。無論是任何原動機，都只在一定轉速扭矩範圍內具有最高的效率。用了變速器就能更多的利用高效率的區間，從而在動力性和經濟性之間取得平衡。另外還可以減小噪音。有了變速器就可以讓原動機工作在噪音相對效小的區間內。提高舒適性。