通過齒輪傳動的強度計算，只能確定出齒輪的主要尺寸，如齒數、模數、齒寬、螺旋角、分度圓直徑等，而齒圈、輪輻、輪轂等的結構形式及尺寸大小，通常都由結構設計而定。
齒輪的結構設計與齒輪的幾何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及經濟性等因素有關。進行齒輪的結構設計時，必須綜合地考慮上述各方面的因素。通常是先按齒輪的直徑大小，選定合適的結構形式，然後再根據薦用的經驗數據，進行結構設計。
對於直徑很小的鋼製齒輪（下圖），當為圓柱齒輪時，若齒根鍵槽底部的距離 e<2mt（mt為端面模數）；當為錐齒輪時，按齒輪小端尺寸計算而得的e<1.6m時，均應將齒輪和軸做成一體，叫做齒輪軸（圖<齒輪軸>）。若e值超過上述尺寸時，齒輪與軸以分開製造為合理。
齒輪結構尺寸e
齒輪軸
當齒頂圓直徑da≤160mm時，可以做成實心結構的齒輪（圖<齒輪結構尺寸e>及圖<實心結構的齒輪>）。但航空產品中的齒輪，雖da≤160mm，也有做成腹板式的。
實心結構的齒輪
a)
b)
D1≈(D0+D3)/2；
D2≈(0.25～0.35)(D0-D3)；
D3≈1.6D4(鋼材)；
D3≈1.7D4(鑄鐵)；
n1≈0.5mn；r≈5mm；
圓柱齒輪：
D0≈da-(10～14)mn；
C≈(0.2～0.3)B；
錐齒輪：
l≈(1～1.2)D4；
C≈(3～4)m；
尺寸J由結構設計而定；
△1=(0.1～0.2)B
常用齒輪的C值不應小於10mm，
航空用齒輪可取C≈(3～6)mm
腹板式結構的齒輪
當齒頂圓直徑da<500mm時，可做成腹板式結構（上圖），腹板上開孔的數目按結構尺寸大小及需要而定。齒頂圓直徑da>300mm的鑄造圓錐齒輪，可做成帶加強肋的腹板式結構，加強肋的厚度 C1≈0.8C，其他結構尺寸與腹板式相同。
當齒頂直徑400mm
為了節約貴重金屬，對於尺寸較大的圓柱齒輪，可做成組裝齒圈式的結構（如下左圖）。齒圈用鋼製成，而輪芯則用鑄鐵或鑄鋼。
用尼龍等工程塑料模壓出來的齒輪，也可參照圖<實心結構的齒輪>或圖<腹板式結構的齒輪>所示的結構及尺寸進行結構設計。用夾布塑膠等非金屬板材製造的齒輪結構見下右圖。
進行齒輪結構設計時，還要進行齒輪和軸的連接設計。通常採用單鍵聯接。但當齒輪轉速較高時，要考慮輪芯的平衡及對中性，這時齒輪和軸的連接採用花健或雙鍵聯接。對於沿軸滑移的齒輪，為了操作靈活，也應採用花鍵或雙導鍵聯接。關於鍵和花鍵聯接參看有關章節。
組裝齒圈的結構
非金屬板材製造的齒輪的組裝結構
