在变速机的两个轴上，每个档位的齿轮相互对应啮合在一起，其中一个齿轮是松套在轴上，可以在轴上空转。另一个齿轮用花键固定在另一个轴上，和轴一同旋转，也可以沿着花键做轴向滑动，但轴向滑动量不大，所以两个齿轮不会因此而脱离啮合。变速机由于加工工件一般是大批量的，因此不像普通车床那样在切削过程中需要频繁变速，而是通过交换齿轮和三联滑移齿轮联合变速，使其结构更简单，且满足要求。
当每个档位的两个齿轮中都有一个在空转时，动力不能从主动轴传递给驱动轴，这时，变速机处于空档档位。当某一档位的空转齿轮被固定在轴上时，该齿轮与轴将一起转动，动力也就得到了传递。这时，变速机位于某一前进档位。为了把空转齿轮固定到轴上，在轴上还安装有滑动齿轮，滑动齿轮内孔上有花键，可以利用花键做轴向滑动。
在滑动齿轮的侧面还布置了凸形卡爪，当滑动齿轮沿花键做轴向滑动时，滑动齿轮的卡爪插进了空转齿轮的卡爪槽内，从而使空转齿轮和轴一同旋转。摩托车上专门设计安装了驱使滑动齿轮沿轴的花键滑动的专用机构——变速操纵机构。变速操纵机构的主体是变速凸轮轴，该轴是一个粗大的中空轴，和主轴和驱动轴平行布置。在这个轴的表面上，布置了几个弯曲的槽，变速叉上的滑动销插入槽内。当变速凸轮轴旋转时，变速叉的滑动销沿槽滑动。
交换齿轮是专用机床最常用的一种主运动及进给运动变速方法，该机床变速交换齿轮位于工一Ⅱ轴之间，在主轴箱体之外，因此手动更换齿轮方便，变速时，打开挂轮箱盖，松开紧固螺钉9，取出有缺口的档盖10，挂轮11便可以从轴上取出。挂轮与轴用花键联结。交换齿轮放在传动链的前端(即靠近电动机)，这是由于越靠近电动机，传动FAG轴承及齿轮的转速越高，其传递的扭矩越小，使得传动件的几何尺寸也越小，使得结构紧凑且节约原材料。交换齿轮的主、被动轮是可以相互使用的，这就可以用较少的齿轮而得到较大的变速范。
