기어는 맞물린 두 기어의 이(tooth) 수 비율(기어비)에 따라 회전 속도와 토크를 반비례 관계로 교환합니다. 큰 기어가 작은 기어를 돌리면 속도는 빨라지지만 토크는 줄고, 반대로 작은 기어가 큰 기어를 돌리면 속도는 느려지지만 토크는 커집니다. 이 원리는 자동차 변속기에서 출발 시 강한 힘(저단), 고속 주행 시 높은 속도(고단)를 구현하는 데 활용됩니다. 또한 크레인·엘리베이터처럼 큰 힘이 필요한 장치에서는 기어비를 높여 모터의 약한 힘을 증폭시키고, 반대로 드릴·터빈처럼 고속 회전이 필요한 장치에서는 속도를 증가시키는 방향으로 설계됩니다. 결국 기어 장치는 에너지 총량은 유지하면서 힘과 속도의 균형을 용도에 맞게 재분배하는 핵심 역할을 합니다.
기본 원리는 작은 기어와 큰 기어가 맞물리면서 기어비에 따라 회전 속도와 힘이 변하는 것입니다. 예를 들어 큰 기어가 작은 기어를 돌리면 속도는 빨라지지만 토크는 줄고, 반대로 작은 기어가 큰 기어를 돌리면 토크는 커지지만 회전 속도는 느려집니다. 이러한 속도와 토크의 변환 덕분에 기계장치에서는 동력 손실을 최소화하면서 적절한 힘과 속도를 공급할수있어 자동차 변속기나 각종 기계장치의 효율적인 작동에 필수적입니다.