一般的手动变速箱的基本结构包括了动力输入轴和输出轴这两大件,再加上构成变速箱的齿轮,这就是一个手动变速箱最基本的组件。动力输入轴与离合器相连,从离合器传递来的动力直接通过输入轴传递给齿轮组,齿轮组是由直径不同的齿轮组成的,不同的齿轮组合则产生了不同的齿比,平常驾驶中的换挡也就是指换齿轮比。 输入轴的动力通过齿轮间的传递,由输出轴传递给车轮,这就是一台手动变速箱的基本工作原理。
输入轴(绿色)也叫第一轴,通过离合器和发动机相连,轴和上面的齿轮是一个硬连接的部件。红色齿轮轴叫做中间轴。输入轴和中间轴的两个齿轮是处于常啮合状态的,因此当输入轴旋转时就会带动中间轴的旋转。黄色则是输出轴,它也叫第二轴直接和驱动轴相连(只针对后轮驱动,前驱一般为两轴),再通过差速器来驱动汽车。
当车轮转动时同样会带着花键轴一起转动,此时,轴上的蓝色齿轮可以在花键轴上发生相对自由转动。因此,在发动机停止,而车轮仍在转动时,蓝色齿轮和中间轴出在静止状态,而花键轴则随车轮转动。这个原理和自行车后轴的飞轮很相似。蓝色齿轮和花键轴是由套筒来连接的,套筒随着花键轴转动,但同时也可以在花键轴上左右自由滑动来啮合齿轮。
到这里,换挡的过程就很好理解了,当套筒和蓝色齿轮相连时,发动机的动力就会通过中间轴传递到输出轴上,在这同时,左边的蓝色齿轮也在自由旋转,但由于没有和套筒啮合,所以它不对花键轴产生影响。而如果套筒在两个蓝色齿轮之间时,变速箱在空挡位置,此时两个蓝色齿轮都在花键轴上自由转动,互不干涉。
5速手动变速箱换挡的原理也是一样的,只是变速箱结构中增加了套筒和齿轮组的数目,使之拥有更多的挡位。而倒档则是通过在中间轴(红色)和输出轴(蓝色)之间增加一个齿轮来实现的。由于增加了一个啮合齿轮,因此倒挡的齿轮始终会朝其他齿轮相反的方向转动。这个齿轮由于只起到改变齿轮旋转方向的作用,因此也称为惰轮。5挡二轴变速器结构,输入轴与主动齿轮整合为一体,简化了结构也节省了空间
目前轿车上广泛使用的是二轴手动变速箱,它的结构和三轴变速箱基本类似,只是其输入轴和中间轴整合为一根轴,因此具有结构简单,尺寸小的优势,另外,它还有中间档位传动效率高,且噪音较小等特点,因此更适合一般的前置前驱家用车,是目前使用最广的轿车变速器形式,它的缺点是不能设置直接挡,且一档的传动比不能设计的太高。而在后驱车上,使用较多的仍是传统的三轴式变速箱。