感觉是个特别涨姿势的好问题，一进来感觉就能看半天的那种。

那么今天小编也来添砖加瓦一下，为这个问题贡献自己的一份绵薄之力。

对于这个问题，我们分享三个例子：

1、蒸汽计算机

2、榫卯

3、换挡

蒸汽计算机

提到计算机，以现在的视角来看，已经到达动辄XXGB的内存、16核32线程的水准，但是，从一个机械行业者的角度来看曾经的蒸汽计算机，依然会感到一股浓浓的爆裂美学。

它所能实现的计算在今天看来是简单的，甚至是我们口算就能得到的，却要通过这个庞大且复杂的结构大费周章才能得到结果。但蒸汽计算机的神奇之处就在于，它通过机械结构来实现计算，以机械能够代替人的思维，按照设计者的旨意，自动处理不同函数的计算。

科学家利用齿轮啮合原理制造了十进制加法器，当齿轮旋转一周，10个齿中最长的齿会和更高位数的齿轮啮合实现进位。同样的道理，反过来旋转则是减法计算。

相当于每个齿轮可贮存10个数，用齿轮间的啮合、旋转、平移等方式进行数字运算，以0和1来控制运算操作的顺序。绝对的蒸汽朋克范儿，帅到起飞。

榫卯结构

提到榫卯结构，其实它看起来并不算复杂，一凹一凸匹配在一起，就像小朋友玩积木一样。但也正是通过这样简单的结构组合以形成庞大的力学结构。

从功能角度来看，榫卯是木质器物之间起连接作用的一种结构，多应用于建筑、家具、生产工具等方面。凸出部分叫榫(或榫头)，凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)。

榫与卯通过木材的多与少、高与低、长与短之间的巧妙组合，有效地限制木件向各个方向的扭动，起联接和固定作用。

从物理性质方面来讲，木质材料由纵向纤维构成，只在纵向上具备强度和韧性，横向容易折断。榫卯通过变换其受力方式，使受力点作用于纵向，避弱就强。

说说换挡

对于这个问题，开车换挡绝对可以算得上一号。

手动挡经常有人开得手忙脚乱，自动挡虽然人没有直接操作，但其实背后的逻辑也是amazing。

如果仅是以把车开走作为判断标准的话，那换挡动作真的不算难；但假如以把车开得好作为判断标准的话，换挡动作还是挺难的。不然坡起也不至于难倒无数英雄好汉了。当然，其实不管MT还是AT，从机械角度来说，换挡都是挺让人头疼的。

我们换挡的动作实际上是在改变传动比。

改变传动比实际上是为了更好的与发动机做匹配。

发动机与变速器实现完美匹配，才是理论上的完美换挡动作。

什么是传动比？

阿基米德说给他一个支点他能撬动地球。理论上只要棍子够长，手指轻轻一点，地球就能飞起，后来人们将其命名为“杠杆原理”。而这个原理其实也正是传动比这个名词的基础。

比如，这种比较常见的传动结构：齿轮传动

动力源将动力输入给主动齿轮，而后它再通过齿轮传动这种形式将动力传递给从动齿轮，这其实就完成了动力传递。而对于传递了多大的动力，我们通常会用扭矩和功率来进行衡量。扭矩反映力量大小，功率反映单位时间转多少圈。

T(扭矩)=F(作用力)·L(作用距离)

对，这其实就是杠杆原理。

那么对于传动的两个齿轮，它们其实也是这样的：

动力源输入给主动齿轮扭矩T，这个扭矩T通过主动齿轮的半径r1转变成为作用力F，然后这个作用力F又作用到了半径为r2的从动齿轮上，再转化成扭矩T输送出去。

所以，假如这对齿轮的半径相同，那么不考虑动力损耗的话，他们输入的扭矩T和输出的扭矩T应该是大小相同的。

假如这对齿轮的半径不同，那么不考虑动力损耗，输入扭矩T和输出扭矩T就不再相同。

这时就又出现了两种可能：

输入齿轮小于输出齿轮，r1

T1=F·r1；

T2=F·r2；

r1

T1

相当于我们输入了一个T1的扭矩，然后经过这两个齿轮的传动，就得到了一个更大的扭矩T2，放大了。

如果把输入和输出齿轮的大小反过来，那么我们就会得到一个扭矩变小的结果。

至于功率(或者说单位时间的旋转圈数)，输入和输出两个齿轮只要周长不相等，那么旋转的圈数就肯定不同了，L=2π·r。所以r1

反之就是增速。

这个输入和输出之间所形成的变化关系，其实对应的就是传动比，相当于把输入的动力放大或者缩小了若干倍。

传动比对机械结构有什么意义？

这个意义可就大了去了，简单来说，就是让我们可以获得以小博大的实力。

面对大角度上坡，我们不用配备超大扭矩发动机，借助扭矩放大，也可以达成。

所以变速器的根本就是可以提供多种传动比选择的结构，我们换挡其实就是在匹配当前发动机动力状态下最合适的传动比，使发动机的动力平稳释放。加速时降低档位，获得更大加速度；追求极速时升高挡位，在较低发动机转速下获得更高车速。

换挡动作的难度

有了前面的基础，我们再来看看换挡动作的难度在哪。为什么有人觉得so easy，有人会抓狂？根本就是发动机动力特性与传动比的匹配。

因为发动机的动力并不是恒定的，对应不同转速时，它所能输出的动力并不相同。所以对应相同的传动比时，不同发动机转速下存在动力差异，就会导致换挡动作难度的增加。当换挡时发动机动力不足以抵消阻力，车辆就会完美地熄火；当动力勉强抵消阻力时，车辆就会哆嗦；当发动机动力远远大于阻力，车辆就会十分“暴躁”；而当我们因为油门不稳无法保证发动机处于一个动力稳态时，车辆又会忽忽悠悠。况且，如果是MT车型，离合器结合点的高度也会存在一定不适应的可能性，从而导致更多不易控制的状况存在。

尤其对于上坡、下坡等负载较大的场景，由于阻力存在较大变化范围，这将很大概率导致换挡动作的衔接瑕疵出现(MT越野是十分考验技术的)。

车速高了，挡位偏低，挂上挡会有种被锁住的拖沓感；

车速低了，挡位偏高，挂上挡又会有种强烈的无力感。

所以也就有了降档补油、跟趾这样看起来不算难，操作起来手忙脚乱的情况出现。

所以从这个角度，CVT(Continuously Variable Transmission)算是一个相对完美的变速器形式了。

CVT变速器

它的基本原理是这样：

(资料来自 《汽车设计》第4版，机械工业出版社出版)

它的输入和输出没有齿轮结构，而是通过钢带连接，所以它就不存在固定的齿数。

具有固定周长的钢带同时缠绕在输入和输出轮上的V形夹角中，所以在周长和发动机动力允许范围内，它只存在一个固定的传动比范围。

通过V形压盘的挤压，可以把钢带随时改变到合适的位置，这样CVT的传动比就完全没有级数的概念。它的传动比可以通过程序实现实时变化，你需要大扭矩的时候，它就前小后大，你需要高速的时候，它就前大后小，你减速的时候，它就根据车速和加速度自己调整到合适的传动比，根本不可能出现低一挡不爽，高一挡不够的情况。

从结构上来说，它无需复杂的行星齿轮结构，所以省去了大量齿轮组，体积更小、重量也会更轻。

而且从传动效率而言，带传动的机械效率相较于其他传动形式也会比较高一些。

(取自《机械传动手册》)

从利好的角度来说，CVT最直接的效果就是：

1、平稳，因为不用一级一级换挡，就像滑动变速器；

2、省油，因为发动机可以始终保持最佳转速；

3、小巧，因为没有一组一组的齿轮，可以腾出更多空间；

4、重量轻，因为重复的结构更少，间接也为油耗做出了贡献。

但是，这并不意味着CVT就很easy，实际上，它的难度系数会更高。因为要通过链条与锥盘的摩擦实现扭矩传递，所以根据f=μ·N可知，我们提供强大的μ和N才可实现。这就意味着从材料到压力结构都要具备很高的标准。看似简单实则十分复杂的操作，无论是换挡操作，还是为解决换挡难题而衍生出的变速器结构，都不是口头说说那么简单的。

当然了，写到这里，可能会有很多朋友对我们采用CVT这种变速器形式产生疑惑。其实道理很简单，因为我们热爱汽车，热衷于汽车技术，所以我们喜欢从本质上进行开发。毕竟无论再怎么优化的有级变速器终归没有改变有级传动比的根本，而且，其实CVT在燃料电池、电传动、农业设施等多方面也存在其实用价值，投入精力也十分值得。斯巴鲁一直以来都是一个工程师氛围非常浓厚的品牌，我们也希望可以通过技术让驾驶、生活、世界变得更加美好，可以为用户制造更多幸福时刻。