Ihminen on käyttänyt vaihteistoja jo pitkään, tämä tapa välittää pyörimisenergiaa on yleisin mekaniikassa.
Nämä mekanismit siirtävät liikettä akselilta toiselle, yleensä kierrosten taajuuden muuttuessa aikayksikköä kohden. Kytkentävälineet ja suorat liikkeen kommunikointielementit ovat joko pyörät tai kiskot, joiden työpintoihin on leikattu erityismuotoisia syvennyksiä ja ulkonemia.
Kahdesta vaihteistossa vuorovaikutuksessa olevasta pyöreästä elementistä toista halkaisij altaan suuremmista kutsutaan pyöräksi ja toista vaihteeksi, vaikka pohjimmiltaan ne ovat molemmat vaihteita.
Riippuen siitä, onko pyörimisnopeuden lisääminen tai päinvastoin hidastaminen asetettu vaihteistoon, johtaa joko pyörä tai vaihde.
Nykyaikaisten rakennusmateriaalien avulla on mahdollista luoda vaihteita, jotka pystyvät muuttamaan menestyksekkäästi jopa 36 miljoonan watin tehoa.
Mekanismeja koskevat vaatimukset ovat erilaisia, joten vaihteistomuotojen valikoima on erittäin suuri. Pyörimisakselit voivat olla yhdensuuntaisia, risteäviä tai leikkaavia, tästä riippuen on lieriömäisiä, kierteisiä,mato- tai kartiovaihteet. Jälkimmäisen ominaisuus on kyky siirtää pyörimistä akselille, joka sijaitsee suorassa kulmassa käyttöakseliin nähden. Tätä mahdollisuutta tarvitaan usein erilaisissa mekanismeissa, esimerkiksi mekaanisen energian siirto auton kardaaniakselilta vetopyörille tapahtuu juuri tällaisen kinemaattisen kaavion mukaisesti.
Useimmiten kartiohammaspyörissä on suorat, säteittäisesti leikatut (tangentiaaliset) hampaat. Jos veto- ja vetävät akselit eivät leikkaa toisiaan, tällaista vaihdelaatikkoa kutsutaan hypoidiksi. Tällaisten mekanismien käyttö taka-akselin suunnittelussa johtuu kehittäjien halusta alentaa auton yleistä painopistettä, jotta se lisää vakautta.
Hammaspyörien lisäksi käytetään muitakin vaihteita, esimerkiksi spiraalileikkauksella.
Lisäksi kartiohammaspyörät mahdollistavat pyörimisen välittämisen ei vain suorassa, vaan myös lähes missä tahansa muussa kulmassa, tylppä tai terävä.
Kartiohammaspyörien valmistustekniikka on suunnilleen sama kuin lieriömäisten hammaspyörien, mutta työkappaleen muoto on melko monimutkainen. Se koostuu ikään kuin kahdesta katkaistusta kartiosta, joilla on yhteinen suuri pohja samalla akselilla. Kartioiden generatriisit ovat suorassa kulmassa. Hampaan profiili näkyy selvästi viistepyörän ei-toimiv alta puolelta, kun taas hampaan leveys pienenee reun alta keskelle. Valmistusmateriaali on erikoisterästä, joka kestää kulutusta ja erittäin hyvinyritys.
Leikkausprofiili on kierreviiva, tämä muoto tarjoaa tasaisimman pyörimisen, tasaisen kulumisen ja maksimaalisen mekaanisen rasituksen jakautumisen hampaiden välisen kosketuksen hetkellä.
Hammaspyörät, joiden profiilimuoto on muuttuva pituussuunnassa, on vaikea valmistaa, ja niiden saamiseksi käytetään CNC-koneita.
