汽车发动机在一定的转速下能够达到最好的状态，此时发出的功率比较大，燃油经济性也比较好。因此，我们希望发动机总是在最好的状态下工作。但是，汽车在使用的时候需要有不同的速度，这样就产生了矛盾。这个矛盾要通过变速器来解决。
汽车变速器的作用用一句话概括，就叫做变速变扭，即增速减扭或减速增扭。为什么减速可以增扭，而增速又要减扭呢？设发动机输出的功率不变，功率可以表示为 N = wT，其中w是转动的角速度，T是扭距。当N固定的时候，w与T是成反比的。所以增速必减扭，减速必增扭。汽车变速器齿轮传动就根据变速变扭的原理，分成各个档位对应不同的传动比，以适应不同的运行状况。
一般的手动变速器内设置输入轴、中间轴和输出轴，又称三轴式，另外还有倒档轴。三轴式是变速器的主体结构，输入轴的转速也就是发动机的转速，输出轴转速则是中间轴与输出轴之间不同齿轮啮合所产生的转速。不同的齿轮啮合就有不同的传动比，也就有了不同的转速。例如郑州日产ZN6481W2G型SUV车手动变速器，它的传动比分别是：1档3.704:１；2档2.202:1；3档1.414:1；4档1:1；5档（超速档）0.802:1。
当汽车启动司机选择1档时，拨叉将1/2档同步器向后接合1档齿轮并将它锁定输出轴上，动力经输入轴、中间轴和输出轴上的1档齿轮，1档齿轮带动输出轴，输出轴将动力传递到传动轴上（红色箭头）。典型1档变速齿轮传动比是3:1,也就是说输入轴转3圈，输出轴转1圈。
当汽车增速司机选择2档时，拨叉将1/2档同步器与1档分离后接合2档齿轮并锁定输出轴上，动力传递路线相似，所不同的是输出轴上的1档齿轮换成2档齿轮带动输出轴。典型2档变速齿轮传动比是2.2:1，输入轴转2.2圈，输出轴转1圈，比1档转速增加，扭矩降低。
当汽车加油增速司机选择3档时，拨叉使1/2档同步器回到空档位置，又使3/4档同步器移动直至将3档齿轮锁定在输出轴上，使动力可以从轴入轴—中间轴—输出轴上的3档变速齿轮，通过3档变速齿轮带动输出轴。典型3档传动比是1.7:1，输入轴转1.7圈，输出轴转1圈，是进一步的增速。
当汽车加油增速司机选择4档时，拨叉将3/4档同步器脱离3档齿轮直接与输入轴主动齿轮接合，动力直接从输入轴传递到输出轴，此时传动比1:1，即输出轴与输入轴转速一样。由于动力不经中间轴，又称直接档，该档传动比的传动效率最高。汽车多数运行时间都用直接档以达到最好的燃油经济性。
换档时要先进入空档，变速器处于空档时变速齿轮没有锁定在输出轴上，它们不能带动输出轴转动，没有动力输出。
一般汽车手动变速器传动比主要分上述1－4档，通常设计者首先确定最低（1档）与最高（4档）传动比后，中间各档传动比一般按等比级数分配。另外，还有倒档和超速档，超速档又称为5档。
当汽车要加速超过同向汽车时司机选择5档，典型5档传动比是0.87:1，也就是用大齿轮带动小齿轮，当主动齿轮转0.87圈时，被动齿轮已经转完1圈了。
倒档时输出轴要向相反方向旋转。如果一对齿轮啮合时大家反向旋转，中间加上一个齿轮就会变成同向旋转。利用这个原理，倒档就要添加一个齿轮做“媒介”，将轴的转动方向调转，因此就有了一根倒档轴。倒档轴独立装在变速器壳内，与中间轴平行，当轴上齿轮分别与中间轴齿轮和输出轴齿轮啮合时，输出轴转向会相反。
通常倒档用的同步器也控制5档的接合，所以5档与倒档位置是在同一侧的。由于有中间齿轮，一般变速器倒档传动比大于1档传动比，增扭大，有些汽车遇到陡坡用前进档上不去就用倒档开上去。
从驾驶平顺性考虑，变速器档位越多越好，档位多相邻档间的传动比的比值变化小，换档容易而且平顺。但档位多的缺点就是变速器构造复杂，体积大，现在轻型汽车变速器一般是4－5档。同时，变速器传动比都不是整数，而是都带小数点的，这是因为啮合齿轮的齿数不是整倍数所致，两齿轮齿数是整倍数就会导致两齿轮啮合面磨损不均匀，使得轮齿表面质量产生较大的差异。
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