Ein Stirnradgetriebe ist die einfachste und gebräuchlichste Getriebeart. Es ist im Wesentlichen eine Scheibe mit einer Reihe von gleichförmigen Zähnen, die entlang der Außenkante vorstehen. Das Stirnrad kommt in vielen Alltagsgeräten zum Einsatz, von den winzigen Kunststoff-Zahnrädern in Aufziehspielzeugen bis hin zu den großen Metallausführungen für industrielle Waschmaschinen.
Der Zweck jedes Getriebes besteht darin, die Drehzahl eines Motors in die Rotationskraft oder das Drehmoment zu übersetzen, die erforderlich ist, um ein Gerät zum Laufen zu bringen. Der Vorgang der Übersetzung von Drehzahl in Drehmoment ist als Untersetzung bekannt, da die Drehzahl des Motors in die Zahnräder eingegeben und dann reduziert wird, bevor sie an die Drehvorrichtung ausgegeben wird. Die Rotationskraft einer Reihe von Zahnrädern wird normalerweise als Übersetzung geschrieben.
Mindestens zwei Zahnräder müssen zusammenarbeiten, um eine Untersetzung zu erreichen. Ein kleines Zahnrad und ein größeres Zahnrad werden kämmend nebeneinander aufgestellt. Ein Stirnrad muss immer auf einer parallel zur Welle des zugehörigen Stirnrads verlaufenden Welle montiert werden, damit die Zähne richtig kämmen. Andere Arten von Zahnrädern, wie beispielsweise Schräg- und Kegelräder, können mit anderen Winkeln betrieben werden.
Die am kleineren Zahnrad befestigte Welle wird von einem Motor gedreht, der das Zahnrad dreht. Da die Zähne des kleinen Zahnrads mit den Zähnen des größeren Stirnrades verzahnt sind, kann sich das erste Zahnrad nicht drehen, ohne seinen Begleiter mitzudrehen. Der wichtige Punkt hier ist, dass, weil das erste Zahnrad kleiner ist als das zweite Zahnrad, es mehr als einmal gedreht werden muss, damit das zweite Zahnrad eine volle Umdrehung macht. Somit wird die Drehzahl des Motors zur Rotationskraft. Eine Reihe von mehreren Gängen kann verwendet werden, um die Untersetzung noch weiter zu erhöhen.
Stirnräder haben gegenüber anderen Getriebearten den Vorteil, dass sie einen einfachen Aufbau haben und kostengünstig herzustellen sind. Sie können aus jedem harten Material von Kunststoff bis Stahl hergestellt werden, haben jedoch einige Nachteile in Bezug auf die Funktionalität. Wenn sich zwei Stirnräder zusammen drehen, neigen sie dazu, viel Lärm zu machen. Dies liegt daran, dass die Zähne schnell aufeinander schlagen. Bei hohen Drehzahlen machen Stirnräder ein heulendes Geräusch, das sie für den Einsatz in Geräten ungeeignet macht, bei denen Geräusche eine Rolle spielen. Der andere Nachteil von Stirnrädern besteht darin, dass sie auf parallelen Wellen aufgebaut werden müssen, was gewisse konstruktive Einschränkungen mit sich bringt.