Dans leur forme la plus essentielle, les engrenages sont des dispositifs dentés ronds permettant la conversion du régime moteur en couple. Les engrenages sont soit montés sur un arbre d’engrenage ou en font partie. La plupart des engrenages les plus courants auront un trou au centre, appelé alésage, à travers lequel l’arbre d’engrenage est installé. Lorsque l’arbre d’engrenage est tourné, l’engrenage tourne également.
Essentiellement, l’arbre d’engrenage est l’axe de l’engrenage, fournissant la rotation qui permet à un engrenage de s’engager et de faire tourner un autre. Le processus est souvent connu sous le nom de réduction de vitesse et est essentiel pour transférer la puissance du moteur au mécanisme d’entraînement. La conversion du régime moteur en couple est ce qui fournit la force motrice alimentant, par exemple, les roues d’une automobile. Grâce aux engrenages et aux arbres d’une transmission automobile, le moteur est capable de fonctionner à une vitesse constante, tandis que les roues automatiques peuvent fonctionner plus ou moins vite, ou même en marche arrière, en utilisant le même sens de rotation et la même vitesse du moteur.
Le volant d’inertie du moteur automobile ordinaire est relié à un arbre d’engrenages portant un certain nombre d’engrenages de tailles différentes. Grâce au mouvement horizontal de l’arbre, ces engrenages principaux sont engagés et désengagés d’autres engrenages plus grands et plus petits, également montés sur des arbres d’engrenages. De plus, l’arbre d’entraînement, qui fournit la puissance de l’engrenage d’une transmission automobile à l’essieu et aux roues motrices, est un exemple très courant d’arbre d’engrenage.
Les arbres d’engrenage peuvent également contenir des dents d’engrenage intégrées dans l’arbre, devenant ainsi un engrenage d’arbre. De tels arbres avec un engrenage à chaque extrémité sont appelés engrenages à arbres sécants. Les engrenages coniques et les engrenages hélicoïdaux sont des engrenages à arbres sécants. Un bon exemple de ce type d’engrenage est un rotor d’hélicoptère. Un engrenage à arbre d’intersection vertical du moteur engage un ou plusieurs engrenages à arbre horizontal pour faire tourner les rotors.
Le même principe s’applique pour une automobile. L’arbre d’entraînement est souvent un arbre à l’extrémité de la transmission et un engrenage à arbres sécants à l’extrémité du différentiel. Cette configuration permet de convertir le mouvement vertical en mouvement horizontal.
Certains types différents d’arbres d’engrenage sont les arbres excentriques, les arbres d’accouplement, les arbres cannelés et les arbres clavetés. Les engrenages utilisés dans une application à usage intensif seront très probablement fabriqués à partir d’un métal robuste. Les autres matériaux utilisés pour fabriquer ces arbres sont le cuivre, l’aluminium et le plastique. L’arbre d’engrenage d’origine, que l’on trouve couramment avec la meule médiévale, était en bois.