Ett kugghjul är en serie växlar som samverkar. Denna grupp av växlar kan drivas på ett antal sätt och är effektiv för att ändra en form av kraft till en annan för att utföra vilken funktion som helst. Kugghjul finns på nästan alla mekaniska enheter och varierar i storlek beroende på deras funktion.
En av de första utvecklingarna av enkla maskiner, växellådan innehåller både hjulet och spaken. När flera växlar används tillsammans kan de utföra uppgifter som kräver större kraft än vad som kan tillhandahållas av bara en enda växel. Ett litet kugghjul som roteras av en motor kan till exempel snurra på ett större. Den större växeln kan flytta större föremål än den mindre växeln kan, men på grund av användningen av små kugghjul för att driva sin rotation behöver den stora växeln inte ha en större, mindre effektiv motor för att fungera.
Traditionellt ges olika namn till växlarna i ett tåg. Växeln som ger kraftkällan till växelståget kallas förare, medan den sista växeln i tåget som tar emot energin kallas den drivna växeln. Kugghjul mellan dessa två kallas tomgångshjul.
Mängden energi som varje redskap kan överföra beror på antalet tänder och storleken. Varje växel i ett kugghjul vänder om rotationsriktningen som den tar emot. Dessa två faktorer måste beaktas eftersom mängden kraft och kraftriktningen som den drivna växeln tar emot måste vara den exakta typen som behövs för enheten som drivs.
För att uppnå rätt slutmängd och kraftriktning kan många olika typer av växlar användas i en kuggväxel. Tillsammans med de typiska rundade cylindriska kugghjulen, som i huvudsak är hjul med rader av tänder i dem, finns det kugghjul som överför energi från ett cylindriskt kugghjul till en rem eller skruv. Koniska växlar är också vanliga. Dessa är tjockare versioner av cylindriska kugghjul och används för att överföra energi från ett cylindriskt kugghjul i 90 graders vinkel. Kugghjul kan sättas in i varandra för att överföra roterande energi till roterande energi.
Ett kugghjul är ett av de äldsta och mest praktiska sätten att överföra mekanisk kraft. Från tidiga vattenhjul till moderna förbränningsmotorer används de i nästan alla mekaniska miljöer och kan fungera tillsammans med teknik som är tusentals år nyare och äldre. Även när andra former av äldre teknik blir föråldrade och ersätts med nyare mer komplexa former, är det troligt att kugghjul fortfarande kommer att vara i allmänt bruk.