Зубча́тое колесо́, в некоторых случаях шестерня́ или колесо[1], зубчатка[2] — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса или нескольких.
Обычно термины зубчатое колесо, зубчатка и шестерня, по мнению обывателей, являются синонимами, но некоторые авторы называют ведущее зубчатое колесо шестернёй, а ведомое — колесом[2]. Однако согласно ГОСТ 16530: шестерня — зубчатое колесо передачи с меньшим числом зубьев (при одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи шестерней называется ведущее зубчатое колесо); колесо — зубчатое колесо передачи с большим числом зубьев (при одинаковом числе зубьев зубчатых колес передачи колесом называется ведомое зубчатое колесо). Из этого следует, что «шестерня» существует только в составе зубчатого зацепления. Все шестерни являются зубчатыми колёсами, но не все зубчатые колёса являются шестернями. Происхождение слова «шестерня́» доподлинно неизвестно, хотя встречаются предположения о связи с числом «шесть». Однако Л. В. Куркина выводит термин из слова «шест» (в смысле «ось»)[3].
Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования крутящего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому крутящий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то крутящий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомого зубчатого колеса, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.
Сама по себе идея механической передачи восходит к идее ворота. По принципу своей работы шестерня является бесконечным рычагом, в котором роль второй, ведущей, шестерни играл человек, животное, вода и т.д. Человек быстро заметил, что имея более длинный рычаг, на вороте, затрачивается меньшее количество усилий. Когда и кому первому пришла идея соединить два ворота вместе доподлинно не известно. Но скорее всего это изобретение возникло относительно одновременно сразу в нескольких регионах, так как оно было логически разумным.
Применяя систему из двух колёс-воротов разного диаметра, можно не только передавать, но и преобразовывать движение. Если ведомым будет большее колесо, то на выходе мы потеряем в скорости, но зато крутящий момент этой передачи увеличится. Эта передача удобна там, где требуется «усилить движение», например, при подъеме тяжестей. Но сцепление между передаточными колесами с гладким ободом недостаточно жесткое, колёса проскальзывают. Поэтому вместо гладких колес начали использовать зубчатые.