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作者：五金沖壓件 文章來源: 本站原創(chuàng) 發(fā)布時間：2019-07-30 02:54

　　1. 什么是齒輪祷舀？

　　齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件绷坠。它在機械傳動及整個機械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛坏快。

　　2. 齒輪的歷史

　　早在公元前350年繁惦，古希臘著名的哲學(xué)家亞里士多德在文獻中對齒輪有過記錄敦浅。公元前250年左右，數(shù)學(xué)家阿基米德也在文獻中對使用了渦輪蝸桿的卷揚機進行了說明尿欲。在現(xiàn)今伊拉克凱特斯芬遺跡中還保存著公元前的齒輪诬粗。

　　

　　
 

　　
 

　　齒輪在我國的歷史也源遠流長兔触。據(jù)史料記載，遠在公元前400~200年的中國古代就已開始使用齒輪腾枣，在我國山西出土的青銅齒輪是迄今已發(fā)現(xiàn)的最古老齒輪审炬，作為反映古代科學(xué)技術(shù)成就的指南車就是以齒輪機構(gòu)為核心的機械裝置。15世紀(jì)后半的意大利文藝復(fù)興時期跨跨，著名的全才列奧納多.達芬奇潮峦，不僅在文化藝術(shù)方面，在齒輪技術(shù)史上也留下了不可磨滅的功績勇婴，經(jīng)過了500年以上忱嘹，現(xiàn)在的齒輪仍然保留著當(dāng)時素描的原型。

　　

　　

　　
 

　　
 

　　直到17世紀(jì)末础米，人們才開始研究能正確傳遞運動的輪齒形狀。18世紀(jì)添诉，歐洲工業(yè)革命以后屁桑，齒輪傳動的應(yīng)用日益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪栏赴，而后是漸開線齒輪蘑斧，一直到20世紀(jì)初，漸開線齒輪已在應(yīng)用中占了優(yōu)勢卢操。其后又發(fā)展了變位齒輪堡喳、圓弧齒輪、錐齒輪企奔、斜齒輪等等祸播。

　　現(xiàn)代齒輪技術(shù)已達到：齒輪模數(shù)0.004-100毫米；齒輪直徑由1毫米-150米璃疫；傳遞功率可達十萬千瓦迅忙；轉(zhuǎn)速可達十萬轉(zhuǎn)\分兆距；最高的圓周速度達300米\秒窖韧。

　　國際上，動力傳動齒輪裝置正沿著小型化、高速化姐蝠、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展嫩碘。特殊齒輪的應(yīng)用、行星齒輪裝置的發(fā)展幕柬、低振動臊啃、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設(shè)計方面的一些特點。

　　3. 齒輪一般分為三大類

　　齒輪的種類繁多拆内，其分類方法最通常的是根據(jù)齒輪軸性旋圆。一般分為平行軸、相交軸及交錯軸三種類型麸恍。

　　1）平行軸齒輪：包括正齒輪灵巧、斜齒輪、內(nèi)齒輪抹沪、齒條及斜齒條等刻肄。

　　2）相交軸齒輪：有直齒錐齒輪、弧齒錐齒輪融欧、零度齒錐齒輪等敏弃。

　　3）交錯軸齒輪：有交錯軸斜齒齒輪、蝸桿蝸輪噪馏、準(zhǔn)雙曲面齒輪等麦到。

　　

　　
 

　　
 

　　上表中所列出的效率為傳動效率隅要，不包括軸承及攪拌潤滑等的損失。平行軸及相交軸的齒輪副的嚙合刷航，基本上是滾動讥啤，相對的滑動非常微小，所以效率高启尚。交錯軸斜齒輪及蝸桿蝸輪等交錯軸齒輪副睬仿，因為是通過相對滑動產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)以達到動力傳動，所以摩擦的影響非常大纤秃，與其他齒輪相比傳動效率下降竹小。齒輪的效率是齒輪在正常裝配狀況下的傳動效率。如果出現(xiàn)安裝不正確的情況蝎杯，特別是錐齒輪裝配距離不正確而導(dǎo)致同錐交點有誤差時傲钳，其效率會顯著下降。

　　3.1 平行軸的齒輪

　　1）正齒輪

　　齒線與軸心線為平行方向的圓柱齒輪戒甜。因為易于加工棺昵，因此在動力傳動上使用最為廣泛。

　　

　　
 

　　
 

　　2）齒條

　　與正齒輪嚙合的直線齒條狀齒輪樊展。可以看成是正齒輪的節(jié)圓直徑變成無限大時的特殊情況堆生。

　　

　　
 

　　
 

　　3）內(nèi)齒輪

　　與正齒輪相嚙合在圓環(huán)的內(nèi)側(cè)加工有輪齒的齒輪淑仆。主要使用在行星齒輪傳動機構(gòu)及齒輪聯(lián)軸器等應(yīng)用上涝婉。

　　

　　
 

　　
 

　　4）斜齒齒輪

　　齒線為螺旋線的圓柱齒輪嘁圈。因為比正齒輪強度高且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，被廣泛使用蟀淮。傳動時產(chǎn)生軸向推力最住。

　　

　　
 

　　5）斜齒齒條涨缚，

　　與斜齒齒輪相嚙合的條狀齒輪。相當(dāng)于斜齒齒輪的節(jié)徑變成無限大時的情形策治。

　　

　　
 

　　6）人字齒輪

　　齒線為左旋及右旋的兩個斜齒齒輪組合而成的齒輪肄埠。有在軸向不產(chǎn)生推力的優(yōu)點妄舅。

　　

　　
 

　　3.2 相交軸齒輪

　　1）直齒錐齒輪

　　齒線與節(jié)錐線的母線一致的錐齒輪和绳。在錐齒輪中，屬于比較容易制造的類型臂沽。所以挺教，作為傳動用錐齒輪應(yīng)用范圍廣泛。

　　

　　
 

　　2）弧齒錐齒輪

　　齒線為曲線，帶有螺旋角的錐齒輪掷雪。雖然與直齒錐齒輪相比将遮，制作難度較大，但是作為高強度肌坑、低噪音的齒輪使用也很廣泛近弟。

　　

　　
 

　　
 

　　3）零度錐齒輪

　　螺旋角為零度的曲線齒錐齒輪藐吮。因為同時具有直齒和曲齒錐齒輪的特征，齒面的受力情形與直齒錐齒輪相同逃贝。

　　

　　
 

　　3.3 交錯軸齒輪

　　1）圓柱蝸桿副

　　圓柱蝸桿副是圓柱蝸桿和與之嚙合的蝸輪的總稱沐扳。運轉(zhuǎn)平靜及單對即可獲得大傳動比為其最大的特征泥从，但是有效率低的缺點。

　　

　　
 

　　2）交錯軸斜齒齒輪

　　圓柱蝸桿副在交錯軸間傳動時的名稱⊙罟眨可在斜齒齒輪副或斜齒齒輪與正齒輪副的情況下使用祈餐。運轉(zhuǎn)雖然平穩(wěn)，但只適合于使用在輕負(fù)荷的情況下哄陶。

　　

　　
 

　　3.4 其他特殊齒輪

　　1）面齒輪

　　可與正齒輪或斜齒齒輪嚙合的圓盤狀齒輪勋匙。在直交軸及交錯軸間傳動讼谅。

　　

　　
 

　　
 

　　2）鼓形蝸桿副

　　鼓形蝸桿及與之嚙合的蝸輪的總稱挟晒。雖然制造比較困難，但比起圓柱蝸桿副割懊，可以傳動大負(fù)荷寸快。

　　

　　
 

　　
 

　　3）準(zhǔn)雙曲面齒輪

　　在交錯軸間傳動的圓錐形齒輪指佳。大小齒輪經(jīng)過偏心加工，與弧齒齒輪相似称几，嚙合原理非常復(fù)雜捏梯。

　　

　　
 

　　4. 齒輪的基本術(shù)語和尺寸計算

　　齒輪有很多齒輪所特有的術(shù)語和表現(xiàn)方法培他，為了使大家能更多的了解齒輪，在此介紹一些經(jīng)常使用的齒輪基本術(shù)語遗座。

　　1）齒輪各部位的名稱

　　

　　
 

　　
 

　　2）表示輪齒的大小的術(shù)語是模數(shù)

　　m1、m3猛遍、m8…被稱為模數(shù)1馋记、模數(shù)3、模數(shù)8懊烤。模數(shù)是全世界通用的稱呼梯醒，使用符號m（模數(shù)）和數(shù)字（毫米〉來表示輪齒的大小，數(shù)字越大腌紧，輪齒也越大茸习。

　　另外，在使用英制單位的國家（比如美國）壁肋，使用符號（徑節(jié)）及數(shù)字（分度圓直徑為1英吋時的齒輪的輪齒數(shù)）來表示輪齒的大小号胚。比如：DP24、DP8等逊汤。還有使用符號（周節(jié)）和數(shù)字（毫米）來表示輪齒大小的比較特殊的稱呼方法崎亚，比如CP5、CP10啥榜。

　　模數(shù)乘以圓周率即可得到齒距（p）阶糖，齒距是相鄰兩齒間的長度。

　　用公式表示就是：

　　p=圓周率 x 模數(shù) = πm

　　不同模數(shù)的輪齒大小對比：

　　
 

　　3）壓力角

　　壓力角是決定齒輪齒形的參數(shù)。即輪齒齒面的傾斜度陪孩。壓力角（α）一般采用20°雁痪。以前，壓力角為14.5°的齒輪曾經(jīng)很普及盅妹。

　　

　　
 

　　
 

　　壓力角是在齒面的一點（一般是指節(jié)點）上羔俭，半徑線與齒形的切線間所成之角度曼庆。如圖所示，α為壓力角阁吝。因為α’=α砚婆，所以α’也是壓力角。

　　

　　

　　
 

　　
 

　　A齒與B齒的嚙合狀態(tài)從節(jié)點看上去時：

　　A齒在節(jié)點上推動B點埂奈。這個時候的推動力作用在A齒及B齒的共同法線上迄损。也就是說，共同法線是力的作用方向账磺，亦是承受壓力的方向芹敌，α則為壓力角。

　　模數(shù)（m）垮抗、壓力角（α）再加上齒數(shù)（z）是齒輪的三大基本參數(shù)氏捞，以此參數(shù)為基礎(chǔ)計算齒輪各部位尺寸。

　　4）齒高與齒厚

　　輪齒的高度由模數(shù)（m）來決定借宵。

　　
 

　　全齒高 h=2.25m（=齒根高+齒頂高）

　　齒頂高（ha）是從齒頂?shù)椒侄染€的高度策谅。ha=1m。

　　齒根高（hf）是從齒根到分度線的高度伍配。hf=1.25m崔深。

　　齒厚 （s）的基準(zhǔn)是齒距的一半。s=πm\2跨峡。

　　5）齒輪的直徑

　　決定齒輪大小的參數(shù)是齒輪的分度圓直徑（d）泳信。以分度圓為基準(zhǔn)，才能定出齒距拦举、齒厚筝仓、齒高、齒頂高盐传、齒根高趾双。

　　分度圓直徑 d=zm

　　齒頂圓直徑da=d+2m

　　齒根圓直徑df=d-2.5m

　　分度圓在實際的齒輪中是無法直接看到的，因為分度圓是為了決定齒輪的大小而假設(shè)的圓漆粉。

　　

　　
 

　　
 

　　6）中心距與齒隙

　　一對齒輪的分度圓相切嚙合時径簿，中心距是兩個分度圓直徑的和的一半罢屈。

　　中心距a=（d1+d2）\2

　　

　　
 

　　
 

　　在齒輪的嚙合中缠捌，要想得到圓滑的嚙合效果，齒隙是個重要的因素译蒂。齒隙是一對齒輪嚙合時齒面間的空隙鄙币。

　　齒輪的齒高方向也有空隙。這個空隙被稱為頂隙（Clearance)蹂随。頂隙(c)是齒輪的齒根高與相配齒輪的齒頂高之差十嘿。

　　頂隙 c=1.25m-1m=0.25m

　　

　　
 

　　7）斜齒齒輪

　　將正齒輪的輪齒螺旋狀扭轉(zhuǎn)后的齒輪為斜齒齒輪绩衷。正齒輪幾何計箅的大部分都可適用于斜齒齒輪蹦魔。斜齒齒輪，根據(jù)其基準(zhǔn)面不同有2種方式：

　　端面（軸直角）基準(zhǔn)（端面模數(shù)\壓力角〉

　　法面（齒直角）基準(zhǔn)（法向模數(shù)\壓力角〉

　　端面模數(shù)mt和法向模數(shù)mn的關(guān)系式mt=mn\cosβ

　　

　　
 

　　
 

　　8）螺旋方向與配合

　　斜齒齒輪、弧齒傘形齒輪等征拆，輪齒呈螺旋狀的齒輪父系，螺旋方向和配合是一定的。螺旋方向是指當(dāng)齒輪的中心軸指向上下虫棕，從正面看上去時椒蜜，輪齒的方向指向右上的是[右旋]，左上的是[左旋]车榆。各種齒輪的配合如下所示厌留。

　　

　　
 

　　5. 最常用的齒輪齒形是漸開線齒形

　　僅僅在摩擦輪的外周上分割出等分的齒距卡竣，裝上突起禾门，然后相互嚙合轉(zhuǎn)動的話,會出現(xiàn)如下問題：輪齒的切點產(chǎn)生滑動切點的移動速度時快時慢產(chǎn)生振動及噪音

　　
 

　　

　　
 

　　輪齒傳動時既要安靜又要圓滑够颠，由此，誕生了漸開曲線万皿。

　　1）什么是漸開線

　　將一端系有鉛筆的線纏在圓筒的外周上摧找，然后在線繃緊的狀態(tài)下將線漸漸放開。此時牢硅，鉛筆所畫出的曲線即為漸開曲線蹬耘。圓筒的外周被稱為基圓。

　　

　　
 

　　
 

　　2）8齒漸開線齒輪示例

　　將圓筒8等分后，系上8根鉛筆位岔，畫出8條漸開曲線如筛。然后，將線向相反方向纏繞抒抬，按同樣方法畫出8條曲線杨刨，這就是以漸開曲線作為齒形晤柄，齒數(shù)為8的齒輪。

　　

　　
 

　　
 

　　3）漸開線齒輪的優(yōu)點即使中心距多少有些誤差，也可以正確的嚙合量伏；比較容易得到正確的齒形兴氧，加工也比較容易；因為在曲線上滾動嚙合畴贵，所以厦冤，可以圓滑地傳遞旋轉(zhuǎn)運動；只要輪齒的大小相同幅秉，一個刀具可以加工齒數(shù)不同的齒輪奔豫；齒根粗壯，強度高钾趁。

　　
 

　　4）基圓和分度圓

　　基圓是形成漸開線齒形的基礎(chǔ)圓蚂青。分度圓是決定齒輪大小的基準(zhǔn)圓租江“哂荆基圓與分度圓是齒輪的重要幾何尺寸。漸開線齒形是在基圓的外側(cè)形成的曲線献丑。在基圓上壓力角為零度末捣。

　　5）漸開線齒輪的嚙合

　　兩個標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒輪的分度圓在標(biāo)準(zhǔn)的中心距下相切嚙合。

　　兩輪嚙合時的模樣创橄，看上去就像是分度圓直徑大小為d1箩做、d2兩個摩擦輪（Friction wheels）在傳動。但是妥畏，實際上漸開線齒輪的嚙合取決于基圓而不是分度圓邦邦。

　　
 

　　兩個齒輪齒形的嚙合接觸點按P1—P2—P3的順序在嚙合線上移動燃辖。請注意驅(qū)動齒輪中黃色的輪齒。這個齒開始嚙合后的一段時間內(nèi)网棍，齒輪為兩齒嚙合（P1黔龟、P3）。嚙合繼續(xù)滥玷，當(dāng)嚙合點移動到分度圓上的點P2時氏身，嚙合輪齒只剩下了一個。嚙合繼續(xù)進行信撞，嚙合點移動到點P3時爱亡，下一個輪齒開始在P1點嚙合穴你，再次形成兩齒嚙合的狀態(tài)。就像這樣泊铸，齒輪的兩齒嚙合與單齒嚙合交互重復(fù)傳遞旋轉(zhuǎn)運動撒殷。

　　基圓的公切線A一B被稱為嚙合線。齒輪的嚙合點都在這條嚙合線上敢智。

　　

　　
 

　　
 

　　用一個形象的圖來表示晚号，就好像皮帶交叉地套在兩個基圓的外周上做旋轉(zhuǎn)運動傳遞動力一樣戳橱。

　　

　　
 

　　6. 齒輪的變位分為正變位和負(fù)變位

　　我們通常使用的齒輪的齒廓一般都是標(biāo)準(zhǔn)的漸開線了奋，然而也存在一些情況需要對輪齒進行變位，如調(diào)整中心距趾始、防止小齒輪的根切等秉馏。

　　1）齒輪的齒數(shù)與形狀

　　漸開線齒形曲線隨齒數(shù)多少而不同。齒數(shù)越多脱羡，齒形曲線越趨于直線萝究。隨齒數(shù)增加，齒根的齒形變厚锉罐，輪齒強度增加帆竹。

　　
 

　　由上圖可以看到栽连，齒數(shù)為10的齒輪，其輪齒的齒根處部分漸開線齒形被挖去侨舆，發(fā)生根切現(xiàn)象秒紧。但是如果對齒數(shù)z=10的齒輪采用正變位，增大齒頂圓直徑挨下、增加輪齒的齒厚的話熔恢，可以得到與齒數(shù)200的齒輪同等程度的齒輪強度。

　　2）變位齒輪

　　下圖是齒數(shù)z=10的齒輪正變位切齒示意圖复颈。切齒時绩聘，刀具沿半徑方向的移動量xm（mm）稱為徑向變位量〔簡稱變位量)。

　　xm=變位量（mm）

　　x=變位系數(shù)

　　m=模數(shù)（mm）

　　

　　
 

　　
 

　　通過正變位的齒形變化。輪齒的齒厚增加，外徑（齒頂圓直徑〉也變大恳瞄。齒輪通過采取正變位布布，可以避免根切（Undercut）的發(fā)生。對齒輪實行變位還可以達到其它的目的漩践，如改變中心距鹃封，正變位可增加中心距，負(fù)變位可減少中心距肝唁。

　　不論是正變位還是負(fù)變位齒輪趟伺，都對變位量有限制。

　　3）正變位和負(fù)變位

　　變位有正變位和負(fù)變位处冰。雖然齒高相同酸疹，但齒厚不同。齒厚變厚的為正變位齒輪赞辩，齒厚變薄的為負(fù)變位齒輪雌芽。

　　

　　
 

　　無法改變兩個齒輪的中心距時世落，對小齒輪進行正變位（避免根切），對大齒輪進行負(fù)變位糟需，以使中心距相同屉佳。這種情況下，變位量的絕對值相等篮灼。

　　

　　
 

　　
 

　　4）變位齒輪的嚙合

　　標(biāo)準(zhǔn)齒輪是在各個齒輪的分度圓相切狀態(tài)下嚙合诅诱。而經(jīng)過變位的齒輪的嚙合，如圖所示送朱，是在嚙合節(jié)圓上相切嚙合娘荡。嚙合節(jié)圓上的壓力角稱為嚙合角。嚙合角與分度圓上的壓力角（分度圓壓力角）不同驶沼。嚙合角是設(shè)計變位齒輪時的重要要素炮沐。

　　

　　
 

　　
 

　　6）齒輪變位的作用

　　可以防止在加工時因為齒數(shù)少而產(chǎn)生的根切現(xiàn)象碉伙；通過變位可以得到所希望的中心距；在一對齒輪齒數(shù)比很大的情況下陈汇，對容易產(chǎn)生磨耗的小齒輪進行正變位真译，使齒厚加厚。相反，對大齒輪進行負(fù)變位猬蚤，使齒厚變薄戒款，以使得兩個齒輪的壽命接近。

　　7. 齒輪的精度

　　齒輪是傳遞動力和旋轉(zhuǎn)的機械要素执寺。對于齒輪的性能要求主要有：更大的動力傳遞能力盡可能使用體積小的齒輪低噪音正確性

　　
 

　　要想滿足如上所述的要求区孩，提高齒輪的精度將成為必須解決的課題。

　　1）齒輪精度的分類

　　齒輪的精度大致可以分為三類：

　　a）漸開線齒形的正確度—齒形精度

　　b）齒面上齒線的正確度—齒線精度

　　c）齒\齒槽位置的正確度輪齒的分度精度—單齒距精度齒距的正確度—累積齒距精度夾在兩齒輪的測球在半徑方向位置的偏差—徑向跳動精度

　　

　　
 

　　2）齒形誤差

　　
 

　　3）齒線誤差

　　
 

　　4）齒距誤差

　　
 

　　在以齒輪軸為中心的測定圓周上測量齒距值。

　　單齒距偏差（fpt）實際齒距與理論齒距的差漫试。

　　齒距累積總偏差（Fp）測定全輪齒齒距偏差做出評價六敬。齒距累積偏差曲線的總振幅值為齒距總偏差。

　　5）徑向跳動（Fr）

　　將測頭（球形驾荣、圓柱形）相繼置于齒槽內(nèi)外构，測定測頭到齒輪軸線的最大和最小徑向距離之差。齒輪軸的偏心量是徑向跳動的一部分播掷。

　　
 

　　6）徑向綜合總偏差（Fi”）

　　到此為止歧匈，我們所敘述的齒形垒酬、齒距、齒線精度等嚎猛，都是評價齒輪單體精度的方法薛苫。與此不同的是，還有將齒輪與測量齒輪嚙合后評價齒輪精度的兩齒面嚙合試驗的方法拉鳄。被測齒輪的左右兩齒面與測量齒輪接觸嚙合排貌，并旋轉(zhuǎn)一整周。記錄中心距離的變化凳福。下圖是齒數(shù)為30的齒輪的試驗結(jié)果投谅。單齒徑向綜合偏差的波浪線共有30個。徑向綜合總偏差值大約為徑向跳動偏差與單齒徑向綜合偏差的和则钩。

　　
 

　　7）齒輪各種精度之間的關(guān)聯(lián)

　　齒輪的各部分精度之間是有關(guān)聯(lián)的，一般來說紧除，徑向跳動與其它誤差的相關(guān)性強壤牙，各種齒距誤差間的相關(guān)性也很強。

　　

　　
 

　　
 

　　8）高精度齒輪的條件

　　

　　
 

　　
 

　　8. 齒輪計算公式

　　
 

　　標(biāo)準(zhǔn)正齒輪的計算（小齒輪①澄干，大齒輪②）

　　
 

　　移位正齒輪計算公式（小齒輪①麸俘，大齒輪②）

　　
 

　　標(biāo)準(zhǔn)螺旋齒的計算公式（齒直角方式）（小齒輪①从媚，大齒輪②）

　　
 

　　移位螺旋齒的計算公式（齒直角方式）（小齒輪①拜效，大齒輪②）

　　
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