齿轮是一种机械零件，它能相互啮合，在整个机械领域中应用得极其广泛。现代齿轮技术飞速发展，目前已经达到：齿轮直径由1毫米～150米；齿轮传递功率可达10万千瓦；转速可达10万转/分；同时，最高的圆周速度达300米/秒。
齿轮的发展历程
齿轮在机械传动中的使用很早就出现了。公元前300多年，古希腊哲学家亚里士多德在《机械问题》中就阐述了用青铜或铁铸齿轮传递旋转运动的问题。中国古代发明的指南车中也使用了整套的齿轮。不过，古代的齿轮是用木料制造或用金属铸成的，只能传递轴间的回转运动，不能保证传动的平稳性，齿轮的承载能力也很小。
随着生产水平的提高，齿轮运转的平稳性受到重视。1674年，丹麦天文学家罗默首先提出用外摆线作为齿廓曲线，以得到运转平稳的齿轮。
在18世纪的工业革命期间，齿轮技术得到快速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。1733年，法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律；1765年，瑞士数学家欧拉建议采用渐开线做齿廓曲线。
19世纪，滚齿机和插齿机出现了，这解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900年，普福特给滚齿机安装了差动装置，这种装置保证滚齿机能加工出斜齿轮，从此滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开线齿轮成为应用范围最广的齿轮。
1899年，拉舍首先提出了变位齿轮的方案并将其运用于实践。变位齿轮不仅能避免轮齿根切，还可以配合中心距和提高齿轮的承载能力。1923年，美国怀尔德哈伯首先提出制作圆弧齿廓的齿轮的想法，1955年，苏诺维科夫对圆弧齿轮进行了深刻的研究，圆弧齿轮遂得以广泛应用于生产。圆弧齿轮的承载能力和效率都较高，但是没有渐开线齿轮那样容易制造，因此制造方法还有待进一步改进。
齿轮的组成部分
齿轮一般由轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆等部分组成。
轮齿又叫齿，是齿轮上用于啮合的凸起的部分，这些凸起部分一般呈辐射状排列，与配对齿轮上的轮齿互相接触，这样可以使齿轮连续啮合运转。齿槽指的是齿轮上两个相邻轮齿中间的空隙。端面指的是圆柱齿轮上与齿轮或蜗杆轴线垂直的平面。法面指的是与轮齿齿线垂直的平面。齿顶圆是指齿轮顶端的圆。齿根圆是指槽底上的圆。基圆是形成渐开线的发生线做纯滚动的圆。分度圆是在端面内计算齿轮大小的基准圆。
齿轮的种类
齿轮有很多分类方式，可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分成很多种类。
齿轮的齿形指的是齿廓曲线、压力角、齿高和变位。渐开线齿轮很容易制造，因而现在使用的齿轮，渐开线齿轮占绝对优势，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用很少。
从压力角方面来说，小压力角齿轮的承载能力较小，大压力角齿轮的承载能力比较高，但大压力角齿轮在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大，因此这种齿轮仅用于特殊情况。现在齿轮的齿高全部统一，一般均采用标准齿高。变位齿轮的优点很多，它已于广泛应用于各类机械设备中。
齿轮按外形可分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、蜗杆齿轮；按齿线形状可分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮；按轮齿所在的表面可分为外齿轮、内齿轮；按制造方法可分为铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮等。
齿轮的质量受很多因素的影响，其中制造材料和热处理过程对齿轮的承载能力和尺寸重量的影响最大。20世纪50年代前期，齿轮多用碳钢制造，20世纪60年代改用合金钢制造，而20世纪70年代齿轮材料多用表面硬化钢制造。
齿面按硬度可分为软齿面和硬齿面两种。软齿面的齿轮承载能力不高，但制造起来相对容易一些，契合性也很好，软齿面多用于传动尺寸和重量都没有什么严格限制以及小量生产的一般机械中。在一组齿轮中，小轮承受的压力较大，因而为使小齿轮的工作寿命与大齿轮的工作寿命大致相等，小轮齿面硬度相对较高。
硬齿面齿轮的承载能力很高，它主要是齿轮精切之后再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理，以提高硬度。但在热处理中，齿轮会产生变形，因而在热处理之后必须进行磨削、研磨或精切，这样才能消除因变形产生的误差，提高齿轮的精度。
制造齿轮常用的钢有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢。铸钢的强度比锻钢稍低，常用于尺寸较大的齿轮；灰铸铁的机械性能较差，可用于轻载的开式齿轮传动中；球墨铸铁可部分地代替钢制造齿轮；塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方，与其配对的齿轮一般用导热性好的钢齿轮。
齿轮的未来
齿轮正向重载、高速、高精度和高效率等方向发展，尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠也是其未来走向。
齿轮理论和制造工艺的进步是进一步研究轮齿损伤的机理，这是建立可靠的强度计算方法的依据，是提高齿轮承载能力、延长齿轮寿命的理论基础；以圆弧齿廓为代表的新齿形会得到发展；新型的齿轮材料和制造齿轮的新工艺将广泛运用；研究齿轮的弹性变形、制造和安装误差以及温度场的分布，进行轮齿修形以改善齿轮运转的平稳性，并在满载时增大轮齿的接触面积，从而提高齿轮的承载能力。
摩擦、润滑理论和润滑技术是齿轮运行的重要工作，研究弹性流体动压润滑理论，推广采用合成润滑油和在油中适当地加入极压添加剂不仅可以大大提高齿面的承载能力，而且也可以提高传动效率。
