Фамилия Шестеренка — один из тех редких случаев, когда за основу взято нарицательное имя существительное в его прямом значении. В русском языке «шестеренка» — это зубчатое колесо, деталь механизма. Казалось бы, очевидная отсылка к слесарному или механическому делу, но тут есть важная деталь: слово «шестеренка» — сравнительно позднее. Оно вошло в широкий обиход только в XVIII–XIX веках, вместе с развитием промышленности и техники. Поэтому фамилия не могла возникнуть в древности, в среде крестьян или служилых людей XVI–XVII веков. Её появление — признак нового времени, когда прозвища стали давать по новым профессиям: механикам, наладчикам станков, мастерам по ремонту заводского оборудования.

Словообразовательная модель здесь простая и прозрачная: фамилия оформлена по типу «чистых» прозвищ, без патронимических суффиксов -ов или -ин. Человек получил прозвище Шестеренка — и оно закрепилось как фамилия в неизменной форме. Такое явление характерно для украинской и южнорусской ономастики, а также для поздних фамилий, которые фиксировались уже в метрических книгах XIX века. В отличие от, скажем, фамилии Шестеренков (где суффикс -ов указывает на принадлежность: «сын Шестеренки»), форма Шестеренка могла означать самого мастера. Сравните: Кузнец, Мельник, Слесарь — все эти фамилии образованы без суффиксов, напрямую от названия ремесла.

Есть и вторая, менее очевидная версия. В некоторых говорах «шестеренкой» могли называть не только деталь механизма, но и нечто, состоящее из шести частей, или даже человека с какой-то «шестёркой» в имени или прозвище. Однако эта гипотеза слабая: ни в одном серьёзном ономастическом словаре (например, у Б. Унбегауна или В. Никонова) такое значение не зафиксировано. Правдоподобнее всего — профессиональное прозвище механика или токаря, которое со временем стало фамилией.

Географически фамилия Шестеренка встречается нечасто, но её следы заметны в регионах с развитой промышленностью в XIX веке — на Урале, в центральной России, а также на Украине, где была сильна традиция бессуффиксных фамилий. В дореволюционных метрических книгах, например, по Екатеринославской губернии, встречаются записи о крестьянах и мещанах с такой фамилией. Социальный статус носителей, судя по всему, был невысоким: мастеровые, заводские рабочие, ремесленники. Фамилия не дворянская, не купеческая — она из рабочей среды, что и делает её ценной как документ эпохи индустриализации России.