齿轮传动是应用最广泛的一种机械传动，可实现改变转速和转矩、改变运动方向和改变运动形式等功能，具有传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点。
齿轮变速器也叫定轴式变速器，它由一个外壳、轴线固定的几根轴和若干个齿轮组成，可实现变速、变矩和改变旋转方向。
换挡原理：①传动比变化，即挡位改变；②当动力不能传到输出轴，这就是空挡。
差速器能使左右车轮以不同或相同的转速进行纯滚动，进而实现转向或直线行驶，把这种特性称为差速特性。主减速器传来的转矩平分给两半轴，使两侧车轮驱动力尽量相等，其称为转矩特性。
图3-18（a）中，汽车直线行驶时，红色（小齿轮）和褐色（侧齿轮）的齿轮之间保持相对静止。差速器外壳、左右轮轴同步转动，差速器内部行星齿轮只随差速器旋转，没有自转。
减速器是一种动力传递机构，其原理是利用齿轮的速度转换器，将电动机的回转数减速到所需要的回转数，并得到较大转矩。减速器传动轴上的齿数少的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮以达到减速的目的。普通的减速器也会有几对相同原理的齿轮啮合来达到理想的减速效果，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。一级圆柱齿轮减速器如图3-19所示。
行星齿轮减速器顾名思义就是行星围绕恒星转动，因此行星齿轮减速器就是行星轮围绕一个太阳轮旋转的减速器，其中一种形式的行星齿轮减速器，如图3-20所示。
史书中关于齿轮传动的最早记载，是《新唐书·天文志》中僧一行、梁令瓒在唐开元13年（公元725年）制造的水运浑仪的描述。《新仪象法要》详细记载了苏颂、韩公廉等人于北宋元祐3年（公元1088年）制造的水运仪象台，该台规模巨大，已有了一套比较复杂的齿轮传动系统，如图3-27所示。
蒸汽机的出现掀开了工业革命的伟大篇章，人类从未如此深刻地感觉到人力的渺小。机械动力的巨大力量让我们感到震惊。动力的问题解决之后，机械机构的设计日新月异，齿轮也不例外。齿轮机构实际上是一种传递动力机构，基本的用途在于改变运动的速度和方向。相对于其他动力机构，齿轮传输的功率更大，安全性更高，使用寿命更长，因此齿轮在工业中得到广泛的应用。
用渐开线作为齿轮齿廓曲线，最早是法国学者海尔于1694年在一次以“摆线论”为题的演讲中提出来的。1767年，瑞士数学家欧拉在不知道海尔和卡米的研究成果的情况下，独自对齿廓进行了解析研究，他认为把渐开线作为齿轮的齿廓曲线是合适的，故欧拉是渐开线齿廓的真正开拓者。后来萨瓦里进一步完善了这一理论解析方法，成为现在研究齿廓时广泛采用的Euler-Savary方程式。1837年，英国威利斯指出，当中心距变化时，渐开线齿轮具有角速比不变的优点，威利斯创造了制造渐开线齿轮的简单方法。后来渐开线齿轮的优越性逐渐为人们所认识，最后，在生产中，渐开线齿轮逐步取代了摆线齿轮，应用日趋广泛。
1900年，普福特首创了万能滚齿机，用范成法切制齿轮占据压倒性优势，渐开线齿轮在全世界逐渐占统治地位。在齿轮的工作过程中，两齿轮的啮合点随时间变化也在变化，在这个变化中转动距离发生了变化，如果采用圆的曲线（不是渐开线，圆弧的），就会出现瞬时转动速度的变化，产生速度的脉动性（瞬时速度不等）。而在任何时候采用渐开线齿轮，齿轮速度是匀速的，没有脉动性。
现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝大多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。渐开线齿轮种类很多，图3-30为圆柱齿轮传动和锥齿轮传动。渐开线是一个数学概念，其定义为：将一个圆轴固定在一个平面上，轴上缠线，拉紧一个线头，让该线绕圆轴运动且始终与圆轴相切，那么线上的一个定点在该平面上的轨迹就是渐开线。齿轮的齿形由渐开线和过渡线组成时，该齿轮就是渐开线齿轮。
圆弧齿轮是一种以圆弧作为齿形的斜齿（或人字齿）轮，如图3-31、图3-32所示。对单圆弧齿轮，通常小齿轮作成凸齿，大齿轮作成凹齿。为加工方便，一般法面齿形作成圆弧，两端面齿形只是近似的圆弧。
齿廓为圆弧形的点啮合齿轮传动，通常有两种啮合形式：一是小齿轮为凸圆弧齿廓，大齿轮为凹圆弧齿廓，称单圆弧齿轮传动。二是大、小齿轮在各自的节圆以外部分都做成凸圆弧齿廓，在节圆以内的部分都做成凹圆弧齿廓，称为双圆弧齿轮传动。