内燃机车齿轮箱主离合器的摩擦副在机车起动过程中相对滑转。产生磨耗和发热。变速箱在换档同步的接合过程中，换档齿轮难免发生撞击，换档离合器会滑转磨耗。机械传动装置在换档时又有牵引力中断的缺点。所以机械传动装置尽管于其他种类的传动装置，仍只用在小功率的机车上，用于柴油机车的机械传动装置却不超过400千瓦。燃气轮机车的机械传动装置用两级变速，内燃机车齿轮箱，但未取得成功。这一方面是因为机车功率大、离合器不适用，一方面是由于机车车轮发生空转时使燃气轮机的叶轮旋转会带来危害。
内燃机车齿轮箱是传动系统中将动力传递到走行轮对上的一个部件，将传动轴或液压马达传来的动力降低转速、增大扭矩后，驱使轮对转动。在各种大型养路机械上，车轴齿轮箱的构造、传速比等并不尽相同，目前国内使用的WD-320稳定车的传动系统基本与DC-32捣固车相同，所以二者的车轴齿轮箱基本相同。在本文结构简介部分只以捣固车的车轴齿轮箱为例进行分析。
内燃机车齿轮箱换档时，先降低柴油机转速。换档完成后，40T内燃机车齿轮箱，再提高柴油机转速以增加机车速度，直至柴油机又达到高转速，27T内燃机车齿轮箱，再换接到下一档位。柴油机在每一变速档位下的转速与机车速度成正比，18T内燃机车齿轮箱，它的功率也就基本上与机车速度成正比，因而柴油机几乎总是不能发挥它的全部功率的潜力。机车牵引曲线只能呈阶梯形，阶梯的级数等于变速的档位数。级数越多，功率的利用越好，但传动装置也越复杂、越重、越贵。柴油机车的机械传动装置一般为4～5级。
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