Зубчатое колесо - это колесо с зубьями по его окружности, и назначение зубьев – входить в зацепление с такими же зубьями на другом техническом устройстве (возможно – другом зубчатом колесе); таким образом, может быть передана сила с одного устройства на другое, в касательном к поверхностям этих устройств направлении. И колесо без зубьев может передать некоторую касательную силу, однако будет проскальзывать при большой нагрузке; зубья предотвращают проскальзывание и допускают передачу больших сил.
Зубчатое колесо способно входить в зацепление с любым устройством, имеющим зубья, совместимые с данными. В число подобных устройств входят зубчатые рейки и прочие не вращающиеся устройства; хотя самая распространенная ситуация это когда одно зубчатое колесо зацепляется с другим. В этом случае вращение одного из зубчатых колес обязательно вызывает вращение другого. Таким образом, вращательное движение может быть передано из одного места в другое (то есть, с одного вала на другой).
Хотя зубчатые колеса иногда используются только по этой причине – передать вращение на другой вал, возможно, их более важная особенность такова: если колеса разных размеров (диаметров), то также достигается и выигрыш в механике, и частота вращения, и вращающий момент (вращающая сила) второго колеса не такие, как у первого. Таким образом, зубчатые колеса обеспечивают возможность увеличения или уменьшения частоты вращения или вращающего момента. Это в наивысшей степени полезное свойство.
Соединение зубьев в паре сцепленных зубчатых колес означает то, что их окружности обязательно движутся с одним и тем же шагом линейного перемещения (например, метров в секунду или футов в минуту). Так как скорость (измеренная, например, в оборотах в секунду, в минуту или радианах в секунду) пропорциональна окружной скорости колеса, деленной на его радиус, то мы видим, что чем больше радиус колеса, тем меньше будет частота вращения, при зацеплении с колесом данного размера и скорости. Такой же вывод может быть получен и другим логическим процессом: подсчетом зубьев. Зубья двух сцепленных зубчатых колес сцепляются один к одному, и когда все зубья меньшего колеса прошли точку зацепления, то есть, когда меньшее колесо сделало один оборот, не все еще зубья большего прошли эту точку, и большее колесо сделало меньше одного оборота. Меньшее колесо делает больше оборотов в данный период времени, вращается быстрее. Отношение скоростей вращения двух колес это всего лишь отношение числа зубьев этих колес. Передаточное отношение это скорость вращения колеса A поделить на скорость вращения колеса Б, или же число зубьев колеса Б поделить на число зубьев колеса А. Читать далее