Gears, found in most mechanical devices, provide gear reduction in motorized equipment, which means that it is possible to reduce the output speed while increasing the torque. Gears also adjust the direction of rotation and have ratios. Gear ratios are determined by the distances from the center of the gear to the point of contact, so if there are two gears and one is twice the diameter of the other one, the ratio is 2:1.

A very primitive type of gear would be a wheel with wooden pegs sticking out of it. A problem that arises out of using this type of gear is that the distance from the center of each gear to the point of contact changes as the gears rotate, meaning that the gear ratio changes as the gears turn and the output speed changes too. With this type of gear, maintaining a constant speed would be impossible. 

On many of today¡¯s gears there is a special tooth profile used called an involute.  An involute profile gear tooth has the point of contact starting closer to one gear than the other does and as the one gear spins the contact point moves away from it and moves toward the other gear. The radius of the contact point increases as the teeth engage. The effective contact diameter is the pitch diameter. With the contact diameter not being constant, the pitch diameter is the average contact distance. When the teeth first engage, the top gear tooth contacts the bottom gear tooth inside the pitch diameter and becomes very thin. The contact point slides up onto the thicker part of the top gear tooth as the gear turns, pushing the top gear ahead and compensating for the slightly smaller contact diameter. The teeth continue to rotate and the contact point moves even further away, moving outside the pitch diameter while the profile of the bottom tooth compensates for the movement. The contact point begins to slide onto the thin part of the bottom tooth, causing the top gear to loose velocity to compensate for the increased diameter of contact. This results in the contact point diameter changing continually while the speed remains constant. This profile maintains a constant speed ratio between two gears. The contact point moves, but the shape of the involute gear tooth makes up the difference for the movement.

There are many types of gears. Spur gears are probably the most common type. Mounted on parallel shafts these gears have straight teeth and can create very large gear reductions by using many spur gears at once.  Devices such as electric screwdrivers, oscillating sprinklers, and washer and dryers use these gears. However, there are no spur gears in a car because they have the tendency to be loud. Helical gears have teeth cut at an angle to the face of the gear. These gears operate more smoothly and are quieter than spur gears because when two teeth engage, the contact starts at one end of the tooth and gradually spreads as the gears rotate until engaging both teeth. The angle of the teeth on helical gears creates a thrust load on the gear when they mesh and devices that use them have bearings that support this thrust load. Bevel gears, used when the direction of a shaft¡¯s rotation needs to be changed have teeth that can be straight, spiral or hypoid. If the bevel gears have straight teeth, they will have the same problem as the spur gear, as each tooth engages, it affects the corresponding tooth all at once and like the spur gear, corrected by curving the teeth. Spiral teeth engage like helical teeth in that the contact begins at one end of the gear and continues through the whole tooth. Both straight and bevel gears have shafts that must be perpendicular to each other while being on the same plane, meaning that if you were to extend the two shafts past the gears they would intersect. A hypoid gear engages with the axes in different planes. Worm gears are the gears to use when needing large gear reductions. Reductions for these gears are commonly 20:1 and up to 300:1 or more. An interesting property that the worm gear has is that the worm can easily move the gear, but the gear cannot move the worm. This is due to the angle on the worm being so shallow that as the gear tries to spin it, the friction between the gear and the worm holds the worm in place. Conveyer systems are probably the most common use of the worm gear. Rack and pinion gears convert rotation into linear motion. Steering systems on cars use this type gear and as the steering wheel rotates a gear engages the rack and turns it either right or left, depending on which way the steering wheel is turned.   There are many types of gears that are used in many different applications.