本发明公开一种自行车轴传动多级内变速装置，该变速装置包含：花键轴，其一端传动连接自行车动力源；变速圆柱齿轮，其同轴套设在花键轴上，变速圆柱齿轮可沿花键轴轴向滑动；同轴套设在自行车后轴上、且依次排列的第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮；变速圆柱齿轮由调节装置驱动滑动在第一圆锥齿轮、第二圆锥齿轮和第三圆锥齿轮之间切换啮合；第一圆锥齿轮的齿轮数大于第二圆锥齿轮的齿轮数，第二圆锥齿轮的齿轮数大于第三圆锥齿轮的齿轮数。本发明采用变速圆柱齿轮滑动在自行车后轴上的低、中、高速圆锥齿轮切换啮合，实现变速，结构紧凑，零部件少，易于维护，保养周期长。