通过齿轮传动的强度计算，只能确定出齿轮的主要尺寸，如齿数、模数、齿宽、螺旋角、分度圆直径等，而齿圈、轮辐、轮毂等的结构形式及尺寸大小，通常都由结构设计而定。
齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济性等因素有关。进行齿轮的结构设计时，必须综合地考虑上述各方面的因素。通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据荐用的经验数据，进行结构设计。
对于直径很小的钢制齿轮（下图），当为圆柱齿轮时，若齿根键槽底部的距离 e<2mt（mt为端面模数）；当为锥齿轮时，按齿轮小端尺寸计算而得的e<1.6m时，均应将齿轮和轴做成一体，叫做齿轮轴（图<齿轮轴>）。若e值超过上述尺寸时，齿轮与轴以分开制造为合理。
齿轮结构尺寸e
齿轮轴
当齿顶圆直径da≤160mm时，可以做成实心结构的齿轮（图<齿轮结构尺寸e>及图<实心结构的齿轮>）。但航空产品中的齿轮，虽da≤160mm，也有做成腹板式的。
实心结构的齿轮
a)
b)
D1≈(D0+D3)/2；
D2≈(0.25～0.35)(D0-D3)；
D3≈1.6D4(钢材)；
D3≈1.7D4(铸铁)；
n1≈0.5mn；r≈5mm；
圆柱齿轮：
D0≈da-(10～14)mn；
C≈(0.2～0.3)B；
锥齿轮：
l≈(1～1.2)D4；
C≈(3～4)m；
尺寸J由结构设计而定；
△1=(0.1～0.2)B
常用齿轮的C值不应小于10mm，
航空用齿轮可取C≈(3～6)mm
腹板式结构的齿轮
当齿顶圆直径da<500mm时，可做成腹板式结构（上图），腹板上开孔的数目按结构尺寸大小及需要而定。齿顶圆直径da>300mm的铸造圆锥齿轮，可做成带加强肋的腹板式结构，加强肋的厚度 C1≈0.8C，其他结构尺寸与腹板式相同。
当齿顶直径400mm
为了节约贵重金属，对于尺寸较大的圆柱齿轮，可做成组装齿圈式的结构（如下左图）。齿圈用钢制成，而轮芯则用铸铁或铸钢。
用尼龙等工程塑料模压出来的齿轮，也可参照图<实心结构的齿轮>或图<腹板式结构的齿轮>所示的结构及尺寸进行结构设计。用夹布塑胶等非金属板材制造的齿轮结构见下右图。
进行齿轮结构设计时，还要进行齿轮和轴的连接设计。通常采用单键联接。但当齿轮转速较高时，要考虑轮芯的平衡及对中性，这时齿轮和轴的连接采用花健或双键联接。对于沿轴滑移的齿轮，为了操作灵活，也应采用花键或双导键联接。关于键和花键联接参看有关章节。
组装齿圈的结构
非金属板材制造的齿轮的组装结构
