图解 | 一篇搞懂三大变速箱原理
汽车变速器（又称变速箱），是一套用于来协调发动机的转速和车轮的实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。变速器可以在汽车行驶过程中，在发动机和车轮之间产生不同的变速比。
手动变速器
手动变速器就是必须用手拨动变速器杆，才能改变传动比的变速器。手动变速器主要由壳体、传动组件（输入输出轴、齿轮、同步器等）、操纵组件（换挡拉杆、拨叉等）。
手动变速器构造
变速器原理
变速器为什么可以调整发动机输出的转矩和转速呢？其实这里蕴含了齿轮和杠杆的原理。变速器内有多个不同的齿轮，通过不同大小的齿轮组合在一起，就能实现对发动机转矩和转速的调整。用低转矩可以换来高转速，用低转速则可以换来高转矩。
变速器原理
变速器的作用主要表现在三方面：
1. 改变传动比，扩大驱动轮的转矩和转速的变化范围；
2. 在发动机转向不变的情况下，实现汽车倒退行驶；
3. 利用空挡，可以中断发动机动力传递，使得发动机可以启动、怠速。
手动变速器原理
手动变速器的工作原理，就是通过拨动变速杆，切换中间轴上的主动齿轮，通过大小不同的齿轮组合与动力输出轴结合，从而改变驱动轮的转矩和转速。
发动机的动力输入轴是通过一根中间轴，间接与动力输出轴连接的。如下图所示，中间轴的两个齿轮（红色）与动力输出轴上的两个齿轮（蓝色）是随着发动机输出一起转动的。但是如果没有同步器（紫色）的接合，两个齿轮（蓝色）只能在动力输出轴上空转（即不会带动输出轴转动）。图中同步器位于中间状态，相当于变速器挂了空挡。
简单变速器结构
5挡手动变速器
5挡手动变速器原理
5挡手动变速器剖面图
5挡手动变速器组成
换挡机构不仅增强驾驶员换挡感觉，而且可以防止同时挂入两个挡位。
换挡机构
同步器
变速器在进行换挡操作时，尤其是从高挡向低挡的换挡很容易产生轮齿或花键齿间的冲击。为了避免齿间冲击，在换挡装置中都设置同步器。同步器有常压式和惯性式两种，目前大部分同步式变速器上采用的是惯性同步器，它主要由接合套、同步锁环等组成，主要是依靠摩擦作用实现同步。
同步器结构
同步器工作原理
当同步锁环内锥面与待接合齿轮齿圈外锥面接触后，在摩擦力矩的作用下齿轮转速迅速降低（或升高）到与同步锁环转速相等，两者同步旋转，齿轮相对于同步锁环的转速为零，因而惯性力矩也同时消失，这时在作用力的推动下，接合套不受阻碍地与同步锁环齿圈接合，并进一步与待接合齿轮的齿圈接合而完成换挡过程。
同步器工作原理
同步器部件
自动变速器
汽车自动变速器常见的有四种形式，分别是液力自动变速器（hydraulic automatic transmissions，AT）、无级变速器（continuously variable transmission，CVT）、电控机械式自动变速器（automated mechanical transmission，AMT）、双离合自动变速器（dual clutch transmission，DCT）。
轿车普遍使用的是液力自动变速器，本章中的自动变速器指的也是液力自动变速器（AT）。自动变速器主要由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。
自动变速器主要部件
液力变矩器
液力变矩器一般是由泵轮、导轮、涡轮以及锁止离合器组成。动力传递路径：壳体→泵轮→涡轮→变速器。
液力变矩器的结构
液力变矩器的工作原理
液力变矩器的作用是将发动机的动力输出传递到变速机构，它里面充满了传动油，当与动力输入轴相连接的泵轮转动时，它会通过传动油带动与输出轴相连的涡轮一起转动，从而将发动机动力传递出去，其原理就像一把插电的风扇能够带动一把不插电的风扇的叶片转动一样。
液力变矩器的工作原理
液力变矩器组成部件
行星齿轮传动
行星齿轮组包括行星架、齿圈以及太阳轮，当这三个部件中的一个被固定后，动力便会在其他两个部件之间传递。
行星齿轮传动
行星齿轮变速器原理
自动变速器换挡执行机构
换挡执行机构主要是用来改变行星齿轮中的主动元件或限制某个元件的运动，改变动力传递的方向和速比，主要由离合器、制动器和单向离合器等组成。离合器的作用是把动力传给行星齿轮机构的某个元件使之成为主动件。
离合器原理
多片离合器
离合器的摩擦片是在变速器油中工作，且用油压推动活塞进行工作。压力油进入离合器壳体，对离合器活塞施加作用力。离合器活塞迫使钢片和摩擦片挤压在一起，完成换挡。
多片离合器
制动带
制动带的作用是将行星齿轮机构中的某个元件抱住，使之不动。
制动带
自动变速器换挡控制
变速器控制电脑通过电信号控制电磁阀的动作，从而改变变速器油在阀体油道的走向。当作用在多片式离合片上的油压达到制动压力时，多片式离合片接合从而促使相应的行星齿轮组输出动力。
变速器换挡控制
液压自动操纵系统通常由供油、手动选挡、参数调节、换挡时刻控制、换挡品质控制等部分组成。供油部分根据节气门开度和换挡杆位置的变化，将油泵输出油压调节至规定值，形成稳定的工作液压。
在液控液动自动变速器中，参数调节部分主要有节气门压力调节阀（简称节气门阀）和速控调压阀（又称调速器）。节气门压力调节阀使输出液压的大小能够反映节气门开度；速控调压阀使输出液压的大小能够反映车速的大小。换挡时刻控制部分用于转换通向各换挡执行机构（离合器和制动器）的油路，从而实现换挡控制。锁定信号阀受电磁阀的控制，使液力变矩器内的锁止离合器适时地接合与分离。
自动变速器采用阀体内的各种电子阀来控制管路压力，开启和关闭阀体内的油道，实现换挡。
阀体部件
无级变速器
CVT（continuously variable transmission），直接翻译就是连续可变传动，也就是我们常说的无级变速器，顾名思义就是没有明确具体的挡位，操作上类似自动变速器，但是速比的变化却不同于自动变速器的跳挡过程，而是连续的，因此动力传输持续而顺畅。
无级变速器
CVT原理
CVT传动系统里，传统的齿轮被一对滑轮和一只钢制皮带所取代，每个滑轮其实是由两个锥形盘组成的V形结构，发动机轴连接小滑轮，透过钢制皮带带动大滑轮。CVT的传动滑轮构造比较奇怪，分成活动的左右两半，可以相对接近或分离。锥形盘可在液压的推力作用下收紧或张开，挤压钢片链条以此来调节V形槽的宽度。当锥形盘向内侧移动收紧时，钢片链条在锥盘的挤压下向圆心以外的方向（离心方向）运动，相反会向圆心以内运动。这样，钢片链条带动的圆盘直径增大，传动比也就发生了变化。
CVT变速器系统简图
CVT滑轮控制机构
汽车开始起步时，主动滑轮的工作半径较小，变速器可以获得较大的传动比，从而保证驱动桥能够有足够的扭矩来保证汽车有较高的加速度。随着车速的增加，主动滑轮的工作半径逐渐增大，动滑轮的工作半径相应减小，CVT的传动比下降，使得汽车能够以更高的速度行驶。
CVT滑轮控制机构
双离合器变速器
双离合器变速器基本结构
双离合器变速器有两组离合器，分别由电子控制并由液压系统推动，而两组离合器分别对应两组齿轮，这样传动轴也相应复杂地被分为两部分，实心传动轴负责一组齿轮，而空心传动轴负责另一组。
6速变速器结构
双离合器变速器布置形式
离合器1负责2挡、3挡，离合器2负责1挡、3挡和5挡；挂上奇数挡时，离合器2结合，内输入轴工作，离合器1分离，外输入轴不工作，即在变速器的工作过程中总是有2个挡位是结合的，一个正在工作，另一个则为下一步做好准备。
双离合器变速器布置形式
多片湿式离合器
离合器有干式和湿式两种，干式离合器内是空气，湿式离合器内是液压油。湿式多片离合器和变矩器一样，都是使用液压来驱动齿轮。
多片湿式离合器
文献来源：1. 张金柱，《图解汽车原理与构造》化学工业出版社2016 2. HOW A CAR WORKS https://www.howacarworks.com