齿轮类型：不同机械齿轮指南

齿轮是发动机的重要组成部分，是一种允许改变机器扭矩和速度的机械装置。 有不同类型的齿轮具有特定的要求和规格，从简单的形式到更复杂的形式。

通常，许多齿轮构成复杂的机器，但情况并非总是如此。 例如，齿轮存在于像时钟这样的简单机器中，它们调节时钟指针的速度。 在本文中，我们将讨论不同的机械齿轮及其应用。 让我们继续阅读。

什么是齿轮？

齿轮是带有齿的旋转机械装置，可以传递扭矩和速度。 通常，机械齿轮是圆柱形的，在主体周围有几组齿。 当两个或多个齿轮同步工作时，它们就处于传输状态。 动力传输是导致速度或扭矩变化的原因。

齿轮的优点

• 齿轮在机械上很坚固。 因此，它们可以举起更高的负载。
• 在齿轮箱的帮助下，它们允许改变速度比。
• 它们在低速下工作良好。
• 高效动力传输。
• 它们是高扭矩值传输的理想选择。
• 齿轮只需要日常润滑，因此很少关注维护。
• 它们非常耐用，因此齿轮系统可以使用很长时间。

齿轮的缺点

• 齿轮不适用于长距离运动传动。
• 它们不灵活。
• 齿轮噪音很大，尤其是在高速行驶时。
• 当竖井距离较远时，它们不适用。

不同类型的齿轮及其应用

在力学中，根据齿轮的配置、用途和运动方向将齿轮分为不同的类别。 以下是最重要的齿轮种类。

正齿轮

当两个轴（主动轴和从动轴）平行时，正齿轮在同一平面内传递动力。 正齿轮的齿与轴轴线平行。 因此，当它与另一个正齿轮啮合时，它在平行轴中传递动力。 它们是最常见的齿轮形式，可用于汽车、输送系统、齿轮泵和电机、减速器等。

斜齿轮

与平行的正齿轮相比，斜齿轮的齿与轴成一定角度。 它们在传输过程中有多个牙齿接触。 因此， 螺旋机械齿轮 可以承载更大的负载。 此外，由于负载分布更好，它们的工作噪音和振动更少。 此外，由于摩擦较小，它们的磨损和撕裂情况也较少。 下面将显示不同的斜齿轮类型。

单斜齿轮或双斜齿轮

单斜齿轮在左手螺旋或右手螺旋中有齿。 然而，双螺旋齿轮在两个方向上都有齿。 在双螺旋齿轮中，有两个彼此相邻的螺旋面，它们之间有一个空间。 这些面是相同的，但具有相反的螺旋角。 使用双斜齿轮可确保更明显的齿重叠，从而实现更平稳的传动。

人字齿轮

这组与双斜齿轮十分相似。 然而，它们更小并且在两个螺旋面之间没有空间。 人字形齿轮有两个并排连接的斜齿轮。 由于生产成本高和制造困难，它们并不常见，尽管它们更适合振动和高冲击应用。

螺旋齿轮

螺旋齿轮是一对以 45 度扭转角运转的斜齿轮。 它们出现在非平行和非交叉的轴上。 由于单齿接触，它们的承载能力较低。 因此，这些齿轮不适合传递大功率。

斜齿轮的应用

• 水泵
• 搅拌机
• 汽车

锥齿轮

锥齿轮是圆锥形的，圆锥周围有齿。 它们在垂直轴之间传递力。 即以直角（90 度）相交的轴。 然而，锥齿轮价格昂贵，并且不能像平行轴配置那样按尺寸传递大扭矩。

直锥齿轮

直锥齿轮是锥齿轮齿的最常见配置。 这样做的原因是设计的简单性和易于制造。 当正确匹配时，直的斜齿会立即啮合在一起，而不是逐渐啮合。 直锥齿轮类型的节面是圆锥形的，直齿向尖端逐渐变细。

螺旋锥齿轮

弧齿锥齿轮机械齿轮具有弯曲的齿线，与直齿锥齿轮相比具有更好的齿面接触比。 因此，它们具有优越的效率和强度，并产生较少的振动和噪音。 然而，它们具有制造困难。

Zerol® 锥齿轮

Zerol®锥齿轮是格里森公司的注册商标。该齿轮采用了直齿和弧齿锥齿轮的特点。 因此，该齿轮适用于这两种应用。 但是，它们的扭转角为零，因此牙齿可以沿任一方向旋转。

斜接齿轮

斜接齿轮是一种特殊类型的锥齿轮，因为它们具有相同的齿数。 它们的轴彼此成 90 度角，这些齿轮在不影响速度的情况下改变动力传输。 斜接齿轮是独一无二的，因为它们的传动比为 1。相比之下，其他锥齿轮的传动比范围为 10:1 到 500:1。

皇冠齿轮

冠状齿轮，有时也称为端面齿轮，其齿也与轮面成直角。 它们具有 90 度的音锥。 在工业中，冠状齿轮与其他锥齿轮或正齿轮以动力圆周运动啮合。

准双曲面齿轮

准双曲面齿轮看起来类似于螺旋锥齿轮，但它们在非交叉轴中起作用。 它们以 90 度运行，在汽车行业很常见。 您会在车轴上看到这些齿轮。 

锥齿轮的应用

• 搅拌机
• 浇水系统
• 压榨厂

蜗轮

蜗轮由轴（蜗杆）和配对齿轮（蜗轮）上的螺旋形切口组成。 这种齿轮类型在形成直角的非交叉轴中传递动力。 这些类型的齿轮通过摩擦较小的滑动接触工作，而不是平稳安静地旋转。 因此，它们适用于高冲击应用。 然而，它们的效率较低，这限制了它们在低功率应用中的使用。

蜗轮的应用

• 农机
• 小型输送机
• 包装设备

齿条和小齿轮

齿条和小齿轮通常成对出现。 它们由两个圆形齿轮组成：与线性齿轮啮合的小齿轮 - 齿条。 它们将旋转运动转化为线性运动。 这些齿轮在汽车的转向系统中很常见。 齿条和小齿轮系统可以使用直齿轮或斜齿轮。 齿条和小齿轮的主要应用是汽车转向.

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不同类型机械齿轮的简要表

齿轮设计的基本参数

下面，我们将讨论影响齿轮设计的基本齿轮参数。

齿轮形状

大多数齿轮是圆形的，齿围绕圆柱体排列。 然而，它们也以圆锥形、椭圆形、方形和三角形的形式出现。 圆形齿轮系统具有恒定的转速和扭矩传动比。 因此，类似的输入会产生相同的速度和扭矩输出。 相反的情况存在于非圆形齿轮类型中。 因此，它们可以执行特殊的不规则运动要求，例如变速和反向运动。

模块

模数是指以毫米为单位的轮齿尺寸。 因此，模数直接关系到轮齿的大小。 这是传动装置中需要注意的一个重要参数。 模数是中径除以齿轮齿数得到的值。 在数学上，我们将其作为：

模数 = 中径 / 齿数。

但是，模块有共同的价值，这些价值遵循它们在工业应用中出现的方式。

齿轮轴配置

齿轮轴配置有三种形式：平行、相交和非平行（或不相交）。 具有平行轴的齿轮与沿相反方向旋转的轴平行。 相交齿轮在同一平面上相交，而非平行齿轮的轴线在不同平面上相交。 然而，相交和平行齿轮配置比非平行齿轮具有更高的效率和速度。

压力角

压力角是齿与节线的法线形成的角度。 通常，经常使用 20 度的压力角。 虽然，在某些情况下存在 14.5 和 17.5 的角度。 较大的压力角表示较宽的齿根，这会导致较大的牙齿强度。  

齿数

齿数以及模数和压力角的值在计算齿轮尺寸时至关重要。 齿数对于使用以下表达式计算齿轮速度（齿轮比）至关重要：

输入齿轮齿数/输出齿轮齿数。

扭转方向

当齿轮的齿在右边时它是右手齿轮，当它们在左边时它是左手齿轮。 为了在一对斜齿轮或锥齿轮中进行动力传输，两个携手工作的齿轮必须具有相反的扭转方向。 例如，两个齿同向运动的斜齿轮永远不会啮合。 然而，螺杆和蜗轮是单向的，但也是啮合的。

扭转角

扭转角是齿相对于圆柱轴线的倾斜角。 增加齿轮的扭转角导致更显着的推力方向。 结果，机器的效率下降。 通常，小于 25 度的扭转角是斜齿轮的理想选择，以减少推力。

设计和选择齿轮时的注意事项

以下是设计和选择齿轮时需要考虑的一些关键因素。

操作和环境条件

齿轮的运行和环境条件对其耐用性和性能至关重要。 操作条件包括施加在牙齿上的应力和摩擦。 另一方面，环境条件包括湿度、温度和清洁度。 这两个条件会影响齿轮类型和设计因素，例如结构、表面处理、润滑剂和润滑方法。

尺寸限制

尺寸限制是对齿轮所占空间的限制。 例如，齿轮应位于轴之间的中心。 但是，有些情况下它们会离中心稍远一些以更好地适应齿轮系统。 在这种情况下，牙齿轮廓会发生变化。 使用最适合空间的特定装备和设计是管理尺寸限制的另一种有效方法。

传输要求

机械齿轮通常在机器部件内传递运动和扭矩。 虽然，基于设计和构造，它们可能会改变运动方向并增加速度或扭矩输出。 在设计齿轮时，规格和应用要求：方向变化或速度或扭矩的增加是需要考虑的因素。 它们可能会影响齿轮类型、设计和配置。  

设计标准

齿轮规格繁多，没有通用的行业标准。 通常，齿轮设计要么符合制造商的标准，要么符合机器或系统的设计规范。 但是，一些国家/地区已经制定了服务于其行业的标准。 例如，在美国，齿轮由美国齿轮制造商协会 (AGMA) 分组。 日本和德国也有这样的协会。

成本

成本是一个因素，尤其是在处理定制齿轮时。 设计材料、结构、表面光洁度、精度和润滑要求会影响成本。 虽然必须使用满足所有规格的齿轮，但必须考虑成本。 所以，普通档位符合标准的地方，最好还是随它去，因为定制档位会带来其他费用。

如何生产齿轮

齿轮是用几种方法生产的 齿轮制造过程. 其中一些包括：

• 铸造
• 挤压和冷拔
• 粉末冶金
• 消隐
• 齿轮加工

通常进行机加工以获得齿轮的最终形状和尺寸。 一旦齿轮生产出来，就可以进行表面处理，例如磨削和珩磨，以改善齿轮的一般特性。

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