最早出现的齿轮没有齿轮和齿形等具体的要求,因此主动轮在连续转动的情况下往往不能使被动轮跟着连续转动。为了解决这一问题,齿形的形状发展为弧形,并且通过减小齿距的方法使被动轮获得连续转动的动力,这使得齿轮机械的汲水装置大面积推广开来。
时间的发展齿轮逐渐应用到钟表中,机械钟表的出现,人们对齿轮的精度和齿轮定速传动的要求也越来越高。
由齿廓啮合基本定律:一对齿廓的瞬时速比,等于该瞬时接触点的公法线截连心线为两段线段的反比。和传动比恒定的条件:过接触点所作两齿廓的公法线均须与连心线交于一固定的点。两条定理可以得出齿形理论上是无穷多的。
而奥勒•罗默在1674年也曾论述过外摆线齿形,在1694年Philipp de la Hire也提出了渐开线齿形。在1733年,Camus也发表了著名的Camus定理:轮齿接触点的公法线必须通过中心连绕上的节点。一条辅助瞬心线分别沿大轮和小轮的瞬心线(节圆)纯滚动时,与辅助瞬心线固联的辅助齿形在大轮和小轮上所包络形成的两齿廓曲线是彼此共轭的。
1765年,Euler具体的阐述了相啮合的齿轮,其齿形曲线的曲率半径和曲率中心位置的关系。其后Savary在Euler的基础上又完善了这一关系,形成了一直沿用至今的Euler-Savary方程。1873年,Hoppe提出两个不同齿数的齿轮在压力角改变时的渐开线齿形,确定了变位齿轮的基础。19世纪末,范成切齿法原理的问世使渐开线齿形最终战胜摆线齿形开始了大规模的生产和运用。
1907年,Frank Humphris发明了圆弧齿形。圆弧齿形的使用寿命和减小体积方面有着明显的优势,因此在现代工业的发展中,占据着越来越重要的作用。