Toimilaite on mikä tahansa laite, joka luo liikettä järjestelmään. Hammaspyörätoimilaite on tietyntyyppinen toimilaite, joka tyypillisesti saa aikaan liikkeen perusmatohammaspyörällä. Tämän tyyppinen vaihde koostuu kierreruuvista ja tavallisesta hammaspyörästä. Ruuvin pyöriessä se saa vaihteen pyörimään. Tämä toimilaitetyyppi on edullinen kahdessa tilanteessa: kun laitteen käyttämiseen käytetään käsivoimaa tai kun järjestelmän virta ei voi kulkea taaksepäin toimilaitteen läpi.
Lähes jokaisen vaihteiston toimilaitteen perusta on kierukkavaihde. Nämä laitteet ovat erittäin yksinkertaisia, koska ne ovat yhdistelmä kahdesta ensimmäisestä yksinkertaisesta ihmiskoneesta. Kierretanko, ruuvi, kääntyy hammaspyörää vasten. Kun ruuvi painaa hammaspyörän hampaita vasten, se liikkuu ruuvin kierteiden suuntaan. Ruuvi ei liiku, kun yksi kierre siirtyy pois hammaspyörän hampaista, toinen ottaa tilalle. Tämän kiertämisen ansiosta ruuvi pysyy paikallaan, mutta se luo liikettä vaihteeseen.
Tämä kierto voi antaa virtaa lähes mille tahansa laitteelle, jos sillä on oikeat asetukset, aina pyörän kääntämisestä radion käynnistämiseen. Yksinkertaisimmillaan vaihteen toimilaite on kytketty suoraan akseliin, joka kääntyy osana suurempaa konetta. Tämä kääntöliike muuttuu usein suoraan käyttökelpoiseksi voimaksi joko liikuttamalla konetta tai vaikuttamalla esineeseen.
Hyvä esimerkki vaihteiston toimilaitteesta on perusautonosturi. Kun henkilö pumppaa tangon kahvaa, se saa kierretangon kääntymään. Kääntösauva liikuttaa hammaspyörää, joka on yleensä toisen kierretangon ympärillä. Kääntövaihde työntää tankoa ylöspäin, mikä nostaa raskaan esineen. Tämä osoittaa myös kaksi yleistä syytä käyttää vaihteiston toimilaitetta: manuaalinen ja peruuttamaton teho.
Ruuvit pystyvät lisäämään tehoa luomalla suuren liikkuvan pinnan suhteessa ruuvin kokoon. Tämän seurauksena nämä järjestelmät ovat hyviä suurentamaan ihmisvoimaa paljon suuremmiksi voimiksi. Näin avustamaton henkilö voi tehdä asioita, joita hän ei normaalisti voisi tehdä, kuten nostaa autoa vaihtaakseen renkaan.
Tehonsuurennuksen ohella kierukkavaihteessa liikkuminen on yksi tapa. Ruuvi voi kääntää vaihteen, mutta hammaspyörä ei voi liikuttaa ruuvia. Tämä rajoitus estää energian kulkemisen molempiin suuntiin vaihteen toimilaitteen läpi. Yllä olevassa esimerkissä henkilö voi nostaa auton, mutta auto ei voinut aiheuttaa nosturin heittämistä takaisin.