變速系統簡介變速箱是一種改變扭力與轉速的工具，基本的原理在國中物理省時／省力工具的部分已有介紹。汽車的變速箱使引擎能在有限的合理轉速範圍內提供車輛廣泛的使用狀況。變速箱輸入軸的轉速比上輸出軸的轉速稱為變速比，在齒輪式的變速箱特稱為齒輪比 (gear ratio)，若忽略功率損失，變速比又等於輸出扭力與輸入扭力的比值。廣義的汽車變速系統包括了從引擎曲軸 (crank shaft) 後到差速箱 (differential box) 前的一切機械，其總效果為引擎轉動多少圈可帶動輪胎轉一圈。可細分為離合器（clutch，手排車）或扭力轉換器（torque converter，自排車）、變速箱 (transmission) 與差速箱前的最終減速齒輪 (final gear)。 先談離合器吧。概念上來說，若拿兩個圓形的盤放在一起，轉動Ａ盤去帶動有負載的Ｂ盤：若兩盤之間不加壓，轉動Ａ，Ｂ不轉動；若逐漸加壓，轉動Ａ，Ｂ會跟著轉動，且壓力越大，ＡＢ的轉速差越小，但Ａ感受到的負載越大；若加到一個程度的壓力，轉動Ａ，Ｂ完全跟著轉動，且Ｂ的負載完全傳到Ａ。所有的內燃機 (internal combustion engine)，包括汽車引擎，必須在最低轉速（怠速，idling）以上才能有效輸出扭力。因此使用內燃機帶動靜止時即存在定值的負載時必須先啟動：發動內燃機並藉著啟動器帶動負載至怠速以上，或以啟動器發動內燃機，再以離合器或類似的裝置逐漸加入負載。汽車一般採用後者：以一般 1.8L 的轎車來說，後者只需配置約 1.5 HP 的啟動馬達，若要達到前者需求，至少要 20 HP。汽車的離合器是以一個盤狀彈簧與摩擦盤的總成（離合器壓板，clutch pressure plate）將離合器片 (clutch disc) 壓在引擎飛輪 (flywheel) 上。壓板的壓力在設計範圍內可以使引擎的扭力完全傳達。當踩下離合器踏板時，藉著鋼索或油壓系統使離合器釋放軸承 (clutch release bearing) 向壓板施力而解除壓板加在離合器片上的壓力。當離合器踏板踩到底時，引擎的扭力完全沒有輸出，放開踏板到臨界點時，離合器片開始有效接觸，隨著踏板漸漸放開扭力輸出容許值漸漸增大，當踏板接近完全放開時離合器釋放軸承完全解除，壓板完全施力，引擎扭力完全傳輸。剩下的一段踏板行程稱為離合器踏板自由間隙 (clutch pedal freeplay)。手排車駕駛的藝術有一大半發生在臨界點到自由間隙之間。
本來這段要簡述自排系統和手排系統的差異——扭力轉換器和自動變速箱，因手邊缺乏一些圖片，上網去試試手氣...... OMG！這真是天上掉下來的禮物： 伙伴們的英文能力都不錯，我就偷懶了∼∼∼ (羞) (逃)！第一篇文件相當簡要，大致上沒什麼問題。第二篇要加些補充：
最後以一個例題來結束本文。例題中的數據來自中華汽車 "http://www.5230.com.tw/ch/npmain/nproduct/CV/DELICAT/web8-1.html" 【例題】曾帶給我們許多美好回憶的 Mitsubishi Delica 4WD 的最新款一些數據如下：
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再來說到變速箱。概念如右圖，動力從綠色箭頭處輸入經Ａ齒輪傳到Ｂ齒輪帶動副軸 (countershaft) 及副軸上的ＨＧＲ齒輪。齒輪ＦＥ滑動於驅動軸 (drive shaft) 上。若將Ｆ向左滑動，藉著齒狀結構使ＡＦ直接連結，驅動軸得到和輸入軸一樣的轉速與扭力。若將Ｆ向右滑動，使ＦＨ接合，動力經ＡＢＨＦ傳送到驅動軸。若 abhf 代表ＡＢＨＦ的齒數（以下同），則輸出轉速為 ah/bf 倍，輸出扭力為 bf/ah 倍。同樣的若將Ｅ向左滑動，則輸出轉速為 ag/be 倍，輸出扭力為 be/ag 倍。若將Ｅ向右滑動，使Ｅ經中間的小齒輪（稱為倒轉惰齒輪，reverse idler gear）和Ｒ接合，動力經ＡＢＲ傳送到小齒輪產生倒轉，再傳到Ｅ，則輸出轉速為 -ar/be 倍，輸出扭力為 -be/ar 倍。
為了使行駛中的換檔更順利，除了倒檔與部分重型車的一檔（通常都在車輛靜止時才上檔）外，現代汽車的變速齒輪常採用同步嚙合 (synchro-mesh)。將每一檔的齒輪以滾動軸承 (needle roller bearing) 置於軸上（可為輸入軸或輸出軸，動力不與軸接觸），並與驅動齒輪 (driven gear) 嚙合。同步轂 (synchronizer hub) 含轂套筒 (hub sleeve) 與同步環 (synchronizer ring)，藉著套筒中的齒槽 (spline) 將動力與軸接合，當同步轂推向齒輪時並以同步環耦合 (coupling) 住齒輪，使軸與齒輪動力連結。當同步轂的轉速與齒輪有差異，要耦合時同步環會以其略帶錐形 (tapered) 的齒（有些則是有樑環 [baulk ring] 與滑鍵 [sliding keys]) 套進套筒中並抵銷轉速差。
右圖為橫向前置引擎前輪驅動小型車的五檔手排變速箱與差速器的構造圖。通常橫置變速箱會將輸入軸與副軸合併；輸出軸以輸出齒輪 (output gear, OG，相當標準差速器的輸入小齒輪, pinion gear) 直接或透過一個惰齒輪 (idler gear, IG，改變轉動方向) 與差速箱 (DIFF) 最終減速齒輪 (FG) 連接。圖中藍色標示的構造在輸入軸上，紅色的在輸出軸上。1G, 2G... RG 表示一檔、二檔... 倒檔的齒輪，1D, 2D... RD 表示一檔、二檔... 倒檔的驅動齒輪。12S, 34S, 5S 分別表示一二檔、三四檔與五檔的同步轂。其中 RG 附在 12S 上，且倒檔惰齒輪 (RIG，相當於前述ＥＲ間用來改變轉動方向的小齒輪) 沒有畫出來。本例中 1D, RD, 2D 在輸入軸，3D, 4D, 5D 在輸出軸，但也有些設計（例如 Nissan Sentra）1D, RD, 2D, 3D, 4D 都在輸入軸上的。當空檔時，每一對齒輪都沒有完成輸入軸和輸出軸間的動力連結，輸入軸的動力無法傳到輸出軸上。上檔，例如三檔時，34S 往左推，使 3G 與輸入軸連結：動力經離合器 (CLUTCH) 到輸入軸，經 34S 到 3G，經 3D 到輸出軸，由 OG 輸出。這時發生變速作用：若 T(x) 代表 x 齒輪的齒數，則經變速箱後轉速變為 T(3G)/T(3D) 倍，扭力變為 T(3D)/T(3G) 倍，即變速箱三檔的齒輪比為 T(3D)/T(3G)。若為倒檔時，RIG 會被放到 RD 與 RG 間：動力經離合器到輸入軸，經 RD 到 RID 改變轉動方向，再到 RG，經 RG 到 12S 再到輸出軸。這時經變速箱後轉速變為 -T(RD)/T(RG) 倍，扭力變為 -T(RG)/T(RD) 倍，即變速箱倒檔的齒輪比為 -T(RG)/T(RD)。
差速器由輸入小齒輪、最終減速齒輪與差速箱（右圖 FCDEG 或上圖 DIFF）組成。右圖是垂直傳動型（傳動軸與輪軸垂直）的差速器構造。傳動軸輸入動力經輸入小齒輪 (Pinion gear) 傳給斜齒輪 (Bevel gear)。斜齒輪一方面垂直改變傳動方向，一方面作為最終減速齒輪。最終減速齒輪的齒數比上輸入小齒輪的齒數稱為最終齒輪比 (final gear ratio)，提供再次的扭力放大。在平行傳動型的差速器（例如上圖）傳動軸即變速箱的輸出軸，輸入小齒輪即變速箱的輸出齒輪 (OG)，最終減速齒輪 (FG) 為平齒輪，傳動方向不作垂直改變，最終齒輪比即 FG 齒數與 OG 齒數的比（上圖中還含有一個 IG 來改變轉動方向，但 IG 的齒數不影響最終齒輪比）。差速箱有四個圍成方型的斜齒輪（右圖的 CDEG），CE 的軸固定在箱體（右圖的 F）上，整個箱體再固定於最終減速齒輪上。對差速箱來說，若旋轉左軸 (Left axle, 帶動 D)，則透過 CE 使 G 對 D，即右軸 (Right axle) 對左軸作反方向旋轉。對整個車輛來說，當最終減速齒輪轉動時，動力透過箱體經 CE 的軸傳給 DG 並帶動左右軸，當左右軸轉動圈數不一致時，可經由對差速箱的相對轉動來補償，並且兩軸旋轉圈數的平均即差速箱或最終減速齒輪的轉動圈數。