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目前汽车上广泛采用的动力装置是汽油发动机和柴油发动机，它们的转矩与转速变化范围都较小，而汽车的行驶条件非常复杂，行驶速度和行驶阻力的变化范围很大。为了解决这个矛盾，在汽车传动系中设置了变速器。变速器的主要功用为：
（1）实现变速变矩 改变传动比，扩大驱动轮转矩和转速的变化范围，以适应汽车在各种行驶条件下所需的牵引力和合适的行驶速度，并使发动机能够经常在功率较高而油耗率较低的有利工况下工作。因此，变速器应具有合理的档数和合适的传动比。
（2）实现倒车 现在的内燃机活塞式发动机的旋转方向都是不变的（面对曲前端看，为顺时针旋转），为了使汽车能倒向行驶，变速器中设有倒档。
（3）实现动力传递中断 在发动机起动、怠速运转、变速器换档和动力输出时，都要中断发动机至传动系统的动力传递，故变速器中设有空档。
变速器可以按照传动比和操纵方式来进行分类。
（1）有级变速器 采用齿轮传动，具有若干个数值一定的传动比，从传动比等于1的直接档（或小于1的超速档）直到传动比最大的最低档（1档），速比呈阶梯式变化。
（2）无级变速器 它的传动比在一定范围内是无限多级连续变化的，如液力式传动系采用的液力变矩器、电力传动系中的直流串励电动机等均为无级变传动元件。
（3）综合式变速器 一般是指由液力变矩器和齿轮式有级变速器组成的液力机械式变速器，其传动比是在几个区段内无级变化，为部分无级式。这种结构既可得到较大的传动比，又可实现无级变速，目前应用较广。
（1）手动换档式变速器 靠驾驶人直接操纵变速杆进行换档。这种变速器换档机构简单，工作可靠，目前应用最广。
（2）自动操纵式变速器 传动比的选择和换档是自动进行的。它是借助反映发动机负荷和车速的信号系统来控制换档系统的执行元件来实现机械变速器的换档。驾驶人只需操纵加速踏板即可控制车速。
（3）半自动式变速器 此种变速器有两种形式：一种是几个常用档位可自动换档，其余几个档位要由驾驶人手动操作；另一种是预选式的，即驾驶人先用按钮选定档位，在踩下离合器踏板或松开加速踏板时，接通自动控制和执行机构进行自动换档。
变速器传动机构的主要作用是改变转矩的数值和方向；操纵机构的作用是实现传动比的变换，即换档。
普通齿轮式变速器是利用不同齿数的齿轮啮合传动实现转速和转矩改变的。
由齿轮传动原理可知，一对齿数不同的齿轮啮合传动时可以变速，而且两齿轮的转速与其齿数成反比。设主动齿轮转速为 n 1 ，齿数为 z 1 ；从动齿轮转速为 n 2 ，齿数为 z 2 。主动轮（输入轴）转速与从动轮（输出轴）转速之比值称为传动比，用字母 i 12 表示，即
当小齿轮为主动轮，即 z 1 ＜ z 2 ，其转速经大齿轮传出时就降低了，如图3-1a所示，即 n 2 ＜ n 1 ，这称为减速传动，此时传动比i＞1。如图3-1b所示，当以大齿轮为主动轮，即 z 1 ＜ z 2 时，其转速经小齿轮传出时就升高了，即 n 2 ＞ n 1 。这称为增速传动，此时传动比i＜1。这就是齿轮传动的变速原理。
一对齿轮传动只能得到一个固定的传动比，从而得到一种输出转速，并构成一个档位。为了扩大变速器输出转速的变化范围，普通齿轮变速器通常都采用多组大小不同的齿轮啮合传动，这样就构成了多种不同的档位。对应不同的档位，均有不同的传动比值，从而可得到多种不同的输出转速。图3-2所示为两级齿轮传动原理示意图。
图3-1 齿轮传动的基本原理
a）小齿轮为主动轮 b）大齿轮为主动轮
图3-2 齿轮传动的原理
第一级传动中，小齿轮1为主动齿轮，其转速为 n 1 ，齿数为 z 1 ；大齿轮2为从动齿轮，转速为 n 2 ，齿数为 z 2 。这对齿轮的传动比（或称速比）为
第二级传动中，齿轮3为主动齿轮，转速为 n 3 ，齿数为 z 3 ；齿轮4为从动齿轮，转速为 n 4 ，齿数为 z 4 。这对齿轮的传动比为
经过两对齿轮传动，总速比为 i k
因为齿轮2和齿轮3是在同一根轴上，故 n 2 = n 3 ，上式成为
因此多级齿轮传动比为
在齿轮传动中，如不计量损失，根据能量守恒定律，输入轴（主动齿轮）的功率 P 1 应等于输出轴（从动齿轮）的功率 P 2 ，即 P 1 = P 2 。而 P 1 = M 1 n 1 /9550， P 2 = M 2 n 2 /9550，式中的 M 1 、 M 2 分别为输入轴、输出轴上的转矩。由 P 1 = P 2 可得
同理可得
一般有
对于变速器，其各档的传动比 i k 是变速器输入轴的转速 n 入 （或输出轴转矩 M 出 ）与输出轴转速 n 出 （或输入轴转矩 M 入 ）之比，即
图3-3 单级齿轮传动式变速器
Ⅰ—输入轴 Ⅱ—输出轴
当 i k ＞1时， n 出 ＜ n 入 ， M 出 ＞ M 入 ，为降速增矩（变速器低速档）； i k =1时，输入轴和输出轴上的转速、转矩分别相等（变速器直接档）； i k ＜1时， n 出 ＞ n 入 ， M 出 ＜ M 入 ，为升速降矩（变速器超速档）。在输入功率 P 入 = M 入 n 入 一定时，选用不同的 i k ，就使输出轴得到不同的转速和转矩。转速降低（增加）多少，转矩就相应地增大多少，这就是变速的工作原理。
汽车上使用的普通齿轮变速器常见的齿轮传动形式有单级齿轮传动式变速器和双级齿轮传动式变速器。单级齿轮传动式变速器如图3-3所示，其前进档由输入轴（也称为第一轴）和输出轴（也称第二轴）两根轴组成，所以通常称为二轴式变速器。所有各前进档都由一对齿轮啮合传动，其主动齿轮都安装在输入轴上，从动齿轮都安装在输出轴上，各档的传动比等于该档从动齿轮数与主动齿轮数之比值。变速器在前进档时的输出轴旋转方向与输入轴旋转方向相反；倒档齿轮（此为惰轮）的输出轴旋转方向与前进档时的旋转方向相同，从而可以使汽车倒向行驶。
三轴式变速器传动机构如图3-4所示，其前进档由第一轴（输入轴）、中间轴和第二轴（输出轴）组成。第一轴1一般与常啮合传动齿轮2制成一体；第二轴14的前端用滚针轴承支承在常啮合传动齿轮2的内孔中，后端用轴承支承在壳体上；中间轴15为一根阶梯形光轴，两端用轴承支承在壳体上。除上述三根轴外，变速器中还有一根倒档轴16，轴的两端分别支承在壳体和箱体内的支承上，轴被锁片固定在壳体上，其上用滚针轴承自由地套装有倒档中间齿轮17和19。变速器中除1档、倒档齿轮为直齿齿轮外，其余齿轮均为斜齿齿轮。
三轴式变速器前进档的输入轴与输出轴转向相同，其倒档则是在中间轴与输出轴之间加装一根倒档轴和倒档齿轮，使输出轴与输入轴转向相反，从而使汽车倒向行驶。
各档传动路线及传动比如下所述。
图3-4 三轴式变速器传动机构
1—第一轴 2—第一轴常啮合传动齿轮 3—第一轴齿轮接合齿圈 4、9—接合套 5—4档齿轮接合齿圈 6—第二轴4档从动齿轮 7—第二轴3档从动齿轮 8—3档齿轮接合齿圈 10—2档齿轮接合齿圈 11—第二轴2档从动齿轮 12—第二轴1档、倒档从动齿轮 13—变速器壳体 14—第二轴 15—中间轴 16—倒档轴 17、19—倒档中间齿轮 18—中间轴1档、倒档齿轮 20—中间轴2档主动齿轮 21—中间轴3档主动齿轮 22—中间轴4档主动齿轮 23—中间轴常啮合从动齿轮 24、25—花键毂
1档：操纵变速杆，通过拨叉使第二轴上的1档、倒档从动齿轮12左移，与中间轴上的1档、倒档齿轮18相啮合，动力便从第一轴经常啮合主动齿轮2、常啮合从动齿轮23、中间轴15、1档主动齿轮18、1档从动齿轮12经花键传至第二轴14输出。1档传动比为
i 1 = z 23 z 12 / z 2 z 18=42×43/19×13=7.31
2档：将第二轴上1档从动齿轮12退出啮合后，拨动带同步器的接合套9右移，与2档从动齿轮11的接合齿圈10啮合，便从1档换入2档。动力从第一轴经常啮合齿轮2、23至中间轴15，再经中间轴上的2档主动齿轮20传至第二轴上的2档从动齿轮11，因齿轮11是空套在第二轴上，动力不能由齿轮11直接传到第二轴上，而是经其上的接合齿圈10传至接合套9再到花键毂24，最后传至第二轴。2档传动比为
i 2 = z 23 z 11 / z 2 z 20=42×39/19×20=4.31
3档：将接合套9左移与接合齿圈8啮合，即挂入3档。动力通过第一轴依次经常啮合齿轮2、23，中间轴15，3档主、从动齿轮21、7，接合齿圈8，接合套9，花键毂24至第二轴。3档传动比为
i 3 = z 23 z 7 / z 2 z 21 =42×31/19×28=4.31
4档：将第二轴4、5档接合套4向右移动，与接合齿圈5啮合，即可挂入4档。动力通过第一轴依次经常啮合齿轮2、23，中间轴15，4档主、从动齿轮22、6，接合齿圈5，接合套4，花键毂25，传至第二轴。4档传动比为
i 4 = z 23 z 6 / z 2 z 22 =42×25/19×36=1.54
5档：将第二轴上接合套4左移与第一轴上常啮合主动齿轮2的接合齿圈3啮合，即挂入5档。这时，第一轴经接合套4与第二轴通过花键毂25联成一体。动力从第一轴经齿轮2、接合齿圈3、接合套4和花键毂25直接传至第二轴，不再经过中间轴，故通常把这种档位称为直接档。直接档动力传动路线最短，传动效率最高，在公路上行驶的车辆，经常都是用直接档。5档传动比为
i 5 =1
倒档：将第二轴1档从动齿轮（也兼作倒档从动齿轮）12右移，与倒档中间齿轮17啮合，即挂入倒档。动力由第一轴经常啮合齿轮2、23，中间轴15，1档主动齿轮18，倒档中间齿轮19及17至1档从动齿轮12，经倒花键传至第二轴。倒档传动比为
i R = z 23 z 19 z 12 z 2 z 18 z 17=42×22×43/19×13×21=7.66