齿轮的发明据说无据可考，最早可能能追溯到亚里士多德。
关于齿轮，据说在希腊时代就有了很多设想。希腊著名学者亚里土多德和阿基米德都研究过齿轮。希腊有名的发明家古蒂西比奥斯在圆板工作台边缘上均匀地插上销子，使它与销轮啮合，他把这种机构应用到刻漏上。这约是公元前150年的事。
在公元前100年，亚历山人的发明家赫伦发明了里程计，在里程计中使用了齿轮。公元1世纪时，罗马的建筑家毕多毕斯制作的小汽车式制粉机上也使用了齿轮传动装置。到14世纪，开始在钟表上使用齿轮。15世纪的大艺术家达·芬奇发明了许多机械，也使用了齿轮。但这个时期的齿轮与销轮一样，齿与齿之间不能很好地啮合。这样，只能加大齿与齿之间的空隙，而这种过大的间隙必然会产生松驰的现象。
后来，为了使齿轮合适得精确，希望通过计算方法得到齿轮的形状。因而，数学家们也参加了齿轮研究工作。1674年，丹麦天文学家雷米尔发表了关于制造齿轮的基准曲线(摆线)的论述。1766年，法国的数学家卡诺又发表了更详细的论述。1767年，瑞士数学家欧拉对渐开线原理发表了新的研究见解。1837年，英国的威列斯创造了制造渐开线齿轮的简单方法。这样，在生产中渐开线齿轮取代了摆线齿轮，应用日趋广泛。
中国最晚到了西汉，就已经铸造并使用了铁制的齿轮。汉高祖建立的西汉王朝是公元前202年至公元前195年，这比古蒂西比奥斯还要早。河南巩县铁生沟村和南阳曾发现规模巨大的西汉铁官所属的冶铁作坊遗址。这两个遗址不光发现有炼炉、铁矿石和铸铁用的陶范等大量的冶炼工具;还大量发现了当时的铸造产品，有锸、锄等农具还有锤、鼎、盆、马衔、矛头等等，其中就有齿轮实物。这充分说明早在距今两千多年的汉代，人们就已经生产和使用铁制齿轮了。
不仅如此，在我国人工冶铁业的真正产生在春秋早期，铸造铁制齿轮的真正时间恐怕要早于汉代。
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