操作原理
基本變速原理
其實手動擋的原理並不難。首先說明單對齒輪的減速增矩原理，然後通過壹個2速變速箱的簡單模型說明變速器的換擋原理。最後給出了壹個5速變速箱的例子。
下圖顯示了壹對相互嚙合的齒輪。I為主動軸(動力輸入軸)，II為從動軸(動力輸出軸)。假設主動軸齒輪齒數為Z1，轉速為n1，扭矩為T1，從動軸齒輪齒數為Z2，轉速為n2，扭矩為T2。
因為齒輪連接是剛性的，所以主、從輪上嚙合點的線速度是相同的，即可以得到n1×Z1=n2×Z2，n1/n2=Z2/Z1。這個比值記為I，它的名字叫傳動比。如果不考慮傳動過程中的摩擦等功率損失，從動齒輪獲得的功率等於主動齒輪的功率，即n1×T1=n2×T2，可得n1/n2=T2/T1，可得以下表達式。
I = n 1/N2 = Z2/z 1 = T2/t 1
從這個公式可以看出，如果主動輪的齒數小於從動輪的齒數，即Z1？& ltZ2，哪個是我？& gt1，則n 1 >；？N2，從動軸的可見速度？N2下降，然後看扭矩關系，妳能得到T2？& gt？T1，從動軸可見扭矩T2？增加，這是減速和扭矩增加的作用；
反之，如果驅動輪的齒數比從動輪的齒數多，從動軸的轉速就會增加，扭矩就會減小。
在手動變速器中，每對嚙合的齒輪基本上都有減速增扭的作用(超速檔除外)。
了解了單對齒輪的減速原理後，我們就可以看變速器的變速原理了。為了更好的理解變速箱的工作原理，我們先來看壹個2速變速箱的簡單模型(如下圖所示)，看看各部分是如何配合的:
輸入軸(綠色)通過離合器與發動機相連，軸和上齒輪是壹個零件，稱為齒輪軸；軸和齒輪(紅色)被稱為中間軸。它們壹起旋轉。軸的轉動(綠色)通過嚙合齒輪帶動中間軸的轉動，此時中間軸可以傳遞發動機的動力；軸(黃色)是花鍵軸，是變速器的輸出軸。動力通過它輸出，現在汽車通過差速器驅動。當車輪轉動時，它與花鍵軸壹起轉動。
齒輪(藍色)套在花鍵軸上，可以自由轉動。當發動機停止，但車輛仍在運動時，齒輪(藍色)和中間軸處於靜止狀態，而花鍵軸仍隨車輪轉動。
齒輪(藍色)和花鍵軸由套筒連接，套筒可以隨花鍵軸轉動，並在花鍵軸上自由滑動，與齒輪(藍色)嚙合。
如果操縱換檔手柄，套筒通過換檔撥叉與右檔(藍色)嚙合，變速器將嚙合到1檔，如下圖所示。
此時輸入軸(綠色)帶動中間軸，中間軸帶動右齒輪(藍色)，右齒輪通過軸套與花鍵軸連接，將能量傳遞給驅動橋。同時，左齒輪(藍色)也在轉動，但由於沒有與套筒嚙合，對花鍵軸沒有影響。
當套筒在兩個齒輪之間時，變速箱處於空檔位置，兩個齒輪都在花鍵軸上自由轉動。
輸出軸的轉速由發動機轉速、輸入軸的齒數、中間軸的齒數和齒數(藍色)決定。
下圖是五速變速器的示意圖。換擋原理與上述2速變速器相同。值得註意的是，倒檔是通過增加壹個小齒輪(倒檔中間齒輪)來實現的。
變速桿通過三根連桿與三個撥叉相連(如下圖所示)。
換檔桿中間有壹個轉動點。當妳左右移動換擋桿的時候，妳實際上是在選擇不同的換擋撥叉(不同的套筒)。前後移動時，選擇不同的檔位(藍色)。
同步器的工作原理
在換檔過程中，所選檔位上要嚙合的壹對齒輪的圓周速度必須相等(即同步)，才能使它們順利嚙合掛檔。如果兩個齒輪的輪齒不同步，齒輪被迫換擋，由於兩個齒輪的速度差，必然會產生沖擊和噪音。這樣不僅換擋困難，還會影響輪齒的使用壽命，加重齒端磨損，甚至斷齒。
為了使換擋順暢，駕駛員要采取更復雜的操作，並在短時間內快速準確地完成。這很容易造成疲勞，即使是熟練的司機。因此要求在傳動結構上采取措施，保證齒輪的平順，簡化操作，減輕駕駛員的勞動。同步器是為滿足第二個要求而設計的。
同步器是在接合套的換擋機構的基礎上發展起來的，其中除了相應齒輪上的接合套、花鍵轂和接合齒圈之外，還有壹個使接合套和相應接合齒圈的圓周速度快速達到並保持相同(同步)的機構，以及壹個防止它們在達到同步之前進入接合以防止沖擊的機構。
同步器有常壓式、慣性式和自增壓式。目前廣泛使用的是慣性同步器。下圖顯示了鎖環慣性同步器。
它主要由連接套、同步鎖緊環等組成。其特點是通過摩擦實現同步。接合套、同步鎖環和待嚙合齒輪的齒圈上有倒角(鎖角)，同步鎖環的內錐面與待嚙合齒輪的齒圈的外錐面接觸產生摩擦。在設計中已經適當地選擇了鎖定角度和錐形表面。錐面的摩擦使待嚙合的齒套與齒圈快速同步，同時會產生鎖緊作用，防止齒輪在同步前嚙合。當同步鎖環的內錐面與待嚙合齒輪的齒圈的外錐面接觸時，齒圈的轉速和同步鎖環的轉速在摩擦扭矩的作用下迅速相等，兩者同步旋轉，因此齒圈相對於同步鎖環的轉速為零，慣性扭矩同時消失。此時，在驅動器施加給接合套的軸向力的推動下，接合套與同步鎖環的齒圈嚙合，並進壹步與齒輪的齒圈嚙合，完成換擋過程。
控制機構的工作原理
手動變速器操縱機構的作用是保證駕駛員能夠根據汽車的行駛狀態和使用條件，準確地將變速器掛入所需的檔位。主要有兩種:直接控制和遠程控制。
大多數汽車采用直控式變速器操縱機構，其變速桿和所有換擋操縱裝置都布置在變速器蓋上，變速器布置在駕駛座附近。變速桿從駕駛室地板伸出，駕駛員可直接操作變速桿撥動變速器蓋內的換擋操縱裝置進行換擋，結構緊湊，操作簡單方便。
下圖為6速手動變速器的操作機構示意圖。
撥叉軸的兩端支撐在變速器蓋的相應孔中，並可軸向滑動。所有撥叉和撥塊都彈性固定在相應的撥叉軸上。第三和第四撥叉的上端設有撥塊，第三和第四撥叉的頂部和所有撥塊均設有凹槽。
當變速器處於空檔時，凹槽在橫向平面上對齊，叉形換檔桿下端的球頭伸入這些凹槽中。選擇檔位時，變速桿可繞其中部的球形支點橫向擺動，其下端推動叉形變速桿繞換檔軸的軸線轉動，使叉形變速桿下端的球頭對準所選檔位對應的換檔塊槽，然後變速桿縱向擺動，帶動換檔叉軸和換檔叉向前或向後移動，實現換檔。
操縱機構應保證變速器能準確地掛入選定的檔位，並能在選定的檔位可靠地工作，因此設有自鎖裝置、互鎖裝置和倒檔鎖定裝置。
(1)自鎖裝置
自鎖裝置可以防止自動換擋和自動換擋，保證所有檔位的傳動齒輪全齒長嚙合。下圖是壹輛車的自鎖裝置。
變速器蓋前端的凸部鉆有三個深孔，孔內裝有自鎖鋼球1和自鎖彈簧2，孔位於叉軸6的正上方。每個撥叉軸面向鋼球的表面沿軸向設有三個凹槽，凹槽的深度小於鋼球的直徑。
中間的凹槽對準鋼球時處於空檔位置，前面或後面的凹槽對準鋼球時處於某個工作檔位。當凹槽面對鋼球時，鋼球在自鎖彈簧的壓力下嵌入凹槽中。撥叉軸的軸向位置是固定的，其撥叉和相應的接合套或滑動齒輪固定在空檔或某個工作檔位，不能自行換擋或換檔。
當需要換擋時，駕駛員通過變速桿向撥叉軸施加壹定的軸向力，克服彈簧的壓力，自鎖鋼球被擠出撥叉軸的凹槽，推回孔內，使撥叉軸滑過鋼球，帶動撥叉和相應的換擋元件軸向移動。當換檔撥叉軸移動到另壹個凹槽與鋼珠對齊時，鋼珠又被壓入凹槽，變速器剛好換入某個工作檔位或退到空檔。相鄰凹槽之間的距離確保齒輪處於全齒長嚙合或完全脫離嚙合。
(2)聯鎖裝置
互鎖裝置可以保證兩個齒輪不同時嚙合，避免同時嚙合的兩個齒輪因傳動比不同而相互卡死，造成運動幹涉，甚至損壞零件。下圖是壹輛車的聯鎖裝置。
聯鎖銷6安裝在中間叉軸3的孔中，其長度等於叉軸的直徑減去聯鎖鋼球的半徑；互鎖鋼球2和4安裝在變速器蓋的橫向孔中。
在空檔位置，左右叉軸1，5與鋼球2，4相對，中間叉軸在左右兩側設有凹槽，凹槽中設有用於鎖定銷6的孔。
該互鎖裝置可確保駕駛員僅在變速器處於空檔位置時才能移動換檔撥叉軸。如果移動壹個撥叉軸掛檔，另外兩個撥叉軸被互鎖裝置固定在空檔位置，不能再軸向移動。
(3)反向鎖定裝置
本發明可以防止錯誤的檔位換入倒檔，防止汽車前進時造成巨大的沖擊和損壞零部件，防止錯誤的檔位換入倒檔造成汽車啟動時的安全事故。
倒檔鎖止裝置的作用是讓駕駛員掛上倒檔，在換入倒檔之前需要在變速桿上施加較大的力，如下圖所示。
倒檔鎖銷1的桿上裝有倒檔鎖彈簧2，倒檔鎖銷右端的螺母可以調節彈簧的預緊力和倒檔鎖銷的長度。當駕駛員要掛倒檔時，必須用較大的力使變速桿下端壓縮倒檔彈簧，然後向右推動倒檔鎖銷，使變速桿下端進入倒檔撥塊的凹槽內，從而撥動I、倒檔撥叉軸，退入倒檔。