Zahnstangen ermöglichen die Umwandlung der Rotationsbewegung eines Stirnrades in eine geradlinige Bewegung der Zahnstange.
Während sich bei Stirnrädern grundsätzlich nur rotatorische Bewegungen ergeben, lässt sich mithilfe einer Zahnstange auch eine lineare Bewegung erzeugen. Bei einer Zahnstange sind die Zähne nicht mehr am Umfang eines Zylinders angeordnet, sondern entlang einer geraden Stange. Das Gegenrad einer Zahnstange ist immer ein außenverzahntes Stirnrad.
Man kann sich die Zahnstange grundsätzlich als Abwicklung der Zähne von einem Stirnrad vorstellen. Im Prinzip lässt sich die Zahnstange ebenfalls als Stirnrad mit einem unendlich großen Durchmesser betrachten. Insofern stellt die Zahnstange nur ein Grenzfall einer Stirnradverzahnung dar.
Während bei Evolventenzahnräder die Flankenform bei einer Außenverzahnung konvex (Außenwölbung) und bei einer Innenverzahnung konkav (Innenwölbung) ist, haben Zahnstangen gerade Flanken, d.h. sie besitzen keine Wölbung.
Die Zahnstange entspricht im Prinzip einem Stirnrad mit unendlich großem Durchmesser. Zahnstangen für Evolventenzahnräder weisen gerade Zahnflanken auf.
Ein Getriebe, welches mit Hilfe eines Stirnrades (Ritzel genannt) und einer Zahnstange eine Rotationsbewegung in eine Linearbewegung umwandelt wird auch als Zahnstangengetriebe bezeichnet. Solche Zahnstangenantriebe werden bspw. in Werkzeugmaschinen zur Bewegung Maschinenschlitten verwendet.
