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齿轮箱又被称作变速器，顾名思义就是通过其内部不同轴上不同齿数的齿轮啮合将电动机的转速转化成实际工况所需要的相应转速的装置。同时，在功率既定的前提下变速器输入轴、输出轴的转矩也进行了相应的调整。
齿轮箱是动力传输设备中应用非常广泛的一种机构，在几乎所有的传动系统中都会见到。从汽车、船舶、机车到重型建筑机械，从工业自动化生产设备到日常生活中的家电、机械式钟表等都有齿轮箱的身影。如此广泛的应用对齿轮箱提出了非常广泛复杂的工况要求，使得齿轮箱出现了各种各样不同的设计和类型，从而满足不同的转矩、转速转换的需求。
齿轮箱在传动系统中属于齿轮传动，与链传动、带传动、联轴器传动等传动方式一样，是转轴功率传递的一种。其最重要的特点是可以通过齿轮箱的设计改变传动的转矩和转速。
用齿轮传动和联轴器传动做一个对比，如图2-1和图2-2所示。其中， P 1 、 M 1 、 n 1 为输入轴的功率、转矩和转速； P v 为机构功率损耗； P 2 、 M 2 、 n 2 为输出轴的功率、转矩和转速。
从图2-1可以看到，齿轮箱功率传输各个参数之间的关系为
M 1 ≠ M 2
n 1 ≠ n 2
P 1 = P v + P 2
从图2-2可以看到，联轴器功率传输过程中如果考虑联轴器相对滑动，其各个参数之间的关系为
M 1 = M 2
n 1 ≥ n 2
P 1 = P v + P 2
图2-1 齿轮传动
图2-2 联轴器传动
（1）功率 对比两者不难发现，两种传动方式的功率传递都是输出功率加上损耗功率等于输入功率。
（2）转矩 对于齿轮传动而言，输出转矩与输入转矩之间的关系与齿轮箱内部齿轮的设计相关；输出轴转速与输入轴转速之间的关系也与齿轮箱内部齿轮设计有关。图2-1中，输出轴上的齿轮是大齿轮，与输入轴的小齿轮啮合，因此输出轴的转速低于输入轴，而输出轴的转矩高于输入轴。
从原理上不难看出，齿轮箱轴是一种机械式动力传输机构，主要负责动力的传输，自身并不会产生某种动力。但由于自身损耗的存在，所以在动力传输中也会有一些动力损失。输入、输出动力之间的比值就是齿轮箱的效率。
从图2-2的联轴器传动可以看到，其输出转矩应该与输入转矩相当，但是考虑丢转或者打滑的情形，则输出轴转速小于或等于输入轴转速。而丢转等情况就成了功率损失的来源。
（3）结构 从结构上看，齿轮箱的主要组成部分包括动力输入、动力输出以及箱体。其中动力输入、输出部分传递功率，箱体作为整个机构的支撑部件，撑起整个传动机构；而联轴器结构只有动力输入和输出部分，没有箱体支撑部分。
对于齿轮箱而言，工程师在箱体内部通过齿轮的设计人为地控制了动力传动的方式。
一方面，由于齿轮箱是一种通过齿轮啮合调整转矩、转速的机械装置，因此齿轮啮合的设计或者说齿轮的设计技术是齿轮箱设计的核心技术。经过多年的发展，各种齿轮的设计、材料、加工工艺等已经发展得非常完善，也有非常成体系的技术文献进行专门地阐述。
另一方面，由于齿轮箱调整的都是旋转轴上的转矩、转速，因此旋转支撑的零部件——轴承，也是齿轮箱中最关键的零部件之一。
（一）齿轮箱在动力传输中的作用
从能源生产利用的动力传输流的角度看，齿轮箱是在很多情况下与电机配合进行转速、转矩调整的设备。其中，齿轮箱将其他能量转化来的转轴上的旋转机械能通过自身调整成可以被发电机利用的转速、转矩形式；发电机将齿轮箱传递来的机械能转化成电能上传至电网；在人们利用能源的时候，电网的电能通过电机转化成电机轴上的旋转机械能；齿轮箱再根据工况实际需求，将电机输出的机械能转化成工况需要的转速、转矩形式提供给其他工业设备使用。
上述过程可以用一个实例说明，更有利于理解动力传输流中各个设备的作用。例如，风力发电机桨叶传递来的转轴低速大转矩的机械能，需要通过齿轮箱对转速进行提升，转化成相同功率的高速、低转矩的机械能。在这里，所使用的齿轮箱是增速齿轮箱。然后电机连接增速齿轮箱将这个机械能转化成电能，传输给电网。这个过程中电机是以发电机形态出现的机-电能量转换装置。
当工厂需要驱动相关设备时，需要首先通过电网连接电机。此时电机是以电动机的形式出现，将电能转化成机械能。然后齿轮箱与电机相连接，将电机轴输出的机械能转化成设备所需要的转速、转矩形式。
这样的过程构成了动力传输中的主要过程，因此齿轮箱与电机一起构成动力机械设备中的主要组成部分。虽然动力传输设备中，还有大量的电力设备、水利设备、热力设备等，但就机械设备本身而言，在机械能的转化上，齿轮箱无疑是最重要的。
（二）齿轮箱调节转速、转矩的作用
齿轮箱自身对旋转轴机械能的调节主要包含以下几种作用方式。
（1）对转动速度的调节 不改变转轴系统的旋转方向，而对转轴的转速进行高低调节的功能就是齿轮箱对转速调节。这个调节包含加速和减速两种，因此也有增速齿轮箱和减速齿轮箱两类。对于动力使用环节，减速齿轮箱被大量使用，因此也有很多人称齿轮箱为减速器。
（2）改变传动方向 有些工况需要将转轴转动方向进行调节，比如将转轴转动方向传递到另一根垂直的轴上，此时可以通过一些齿轮箱实现这样的功能。
（3）对传动力矩的调节 在相同功率下，转速越高转矩越低；反之转速越低转矩也就越高。基于这个原理，可以根据工况所需转矩不同，选择合适的齿轮箱对传动的力矩进行调节。
（4）离合功能 离合功能相当于一个机械能量传输的开关功能。如果分离两个原本啮合的齿轮，则动力传输中断，此时动力就无法传递；反之恢复啮合则重新达成转动能量传递。制动离合器采用的就是这个原理。
（5）对动力进行分配 在实际工程中，有时需要一台电机同时驱动多个轴转动，这时就可以通过齿轮箱的主轴带动多个从动轴来实现一带多的传动方式。在齿轮箱的设计中，通过内部齿轮的设计可以将动力按照不同比例分配至各不同的从动轴。
上述齿轮箱自身对转速、转矩的调节功能是通过不同类型的齿轮箱设计实现的。工况和能量传递需求的不同为齿轮箱设计提出了相应的要求，也就诞生了种类繁多的齿轮箱形式。
（三）齿轮箱的一般特点
齿轮箱作为通用传动设备，总体从性能上讲，具有应用广泛、传动平稳、操作可靠、使用寿命长、维护简单、体积紧凑、动力传输效率高，同时具有一定的过载能力的特点。
从齿轮箱自身设计上讲，齿轮箱具有如下一般特点。
（1）良好的通用性 齿轮箱作为通用传动设备，技术发展已经十分成熟，并且形成了一定的标准设计方案。这些方案在众多普通工况下具有很好的通用性。在通用方案的基础上，齿轮箱厂家还可以根据客户的要求进行定制。经过多年发展也形成了一定的行业专用齿轮箱设计方案。
（2）安装方式多样 齿轮箱可以采用立式、卧式、摆动底座、扭力臂式等安装方式。
（3）具备一定的模块化 齿轮箱的设计、生产已经具备一定的模块化基础。平行轴、交直轴、立式、卧式齿轮箱都有通用箱体的设计。模块化设计减少了零部件种类和规格型号。
（4）输入方式灵活 齿轮箱的输入有电机法兰输入、轴输入等多种方式。
（5）输出方式多样 齿轮箱的输出有平键实心轴、平键空心轴、涨紧盘连接的空心轴、花键连接的空心轴、花键连接的实心轴和法兰连接的实心轴等诸多方式。