由于钟表的出现和普及，人们产生了对齿轮定速传动的需求。由齿廓啮合基本定律：一对齿廓的瞬时速比，等于该瞬时接触点的公法线截连心线为两段线段的反比。和传动比恒定的条件：过接触点所作两齿廓的公法线均须与连心线交于一固定的点。

所决定的齿形理论上是无穷多的，OlafRoemer在1674年曾论述外摆线齿形，而1694年Philippde la Hire提出了渐开线齿形（齿形为圆形的渐开线）。

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根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中***常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。

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在设计中，齿轮轴的运用一般无外乎以下几种情况：1、齿轮轴一般是小齿轮（齿数少的齿轮）2、齿轮轴一般是在高速级（也就是低扭矩级）3、齿轮轴一般很少作为变速的滑移齿轮，一般都是固定运行的齿轮，一是因为处在高速级，其高速度是不适进行滑移变速的。 4、齿轮轴是轴和齿轮合成一个整体的，但是，在设计时，还是要尽量缩短轴的长度，太长了一是不利于上滚齿机加工，二是轴的支撑太长导致轴要加粗而增加机械强度（如刚性、挠度、抗弯等）