齿轮的前世今生，你了解齿轮吗，详细讲解齿轮干货知识大全

齿轮的宿世今生，你了解齿轮吗，具体解说齿轮干货知识大全

1. 什么是齿轮？

齿轮是能互相啮合的有齿的机器零件。它在机器传动及整个机器范畴中的使用极度广泛。

2. 齿轮的汗青

早在公元前350年，古希腊出名的哲学家亚里士多德在文献中对齿轮有过纪录。公元前250年支配，数学家阿基米德也在文献中对使用了涡轮蜗杆的卷扬机举行了分析。在现今伊拉克凯特斯芬遗址中还保存着公元前的齿轮。

齿轮在我国的汗青也源远流长。据史料纪录，远在公元前400~200年的中国古时就已开头使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今已发觉的最新鲜齿轮，作为反应古时封建武艺成果的指南车就是以齿轮机构为中心的机器安装。15世纪后半的意大利文艺规复时期，出名的全才列奧纳多.达芬奇，不仅在文明艺术方面，在齿轮武艺史上也留下了不成消逝的功劳，颠末了500年以上，如今的齿轮仍旧保存着事先素描的原型。

直到17世纪末，人们才开头研讨能准确转达活动的轮齿外形。18世纪，欧洲产业反动今后，齿轮传动的使用日益广泛；先是提高摆线齿轮，尔后是渐开线齿轮，不休到20世纪初，渐开线齿轮已在使用中占了上风。自后又提高了变位齿轮、圆弧齿轮、锥齿轮、斜齿轮等等。

古代齿轮武艺已到达：齿轮模数0.004-100毫米；齿轮直径由1毫米-150米；转达功率可达十万千瓦；转速可达十万转/分；最高的圆周速率达300米/秒。

国际上，动力传动齿轮安装正沿着小型化、高速化、标准化朝向提高。特别齿轮的使用、行星齿轮安装的提高、低振动、低噪声齿轮安装的研制是齿轮计划方面的一些特点。

3. 齿轮寻常分为三大类

齿轮的品种多样，其分类办法最通常的是依据齿轮轴性。寻常分为平行轴、相交轴及交织轴三品种型。

1）平行轴齿轮：包含正齿轮、斜齿轮、内齿轮、齿条及斜齿条等。

2）相交轴齿轮：有直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮、零度齿锥齿轮等。

3）交织轴齿轮：有交织轴斜齿齿轮、蜗杆蜗轮、准双曲面齿轮等。

上表中所列出的听从为传动听从，不包含轴承及搅拌光滑等的丧失。平行轴及相交轴的齿轮副的啮合，基本上是转动，相对的滑动十分弱小，以是听从高。交织轴斜齿轮及蜗杆蜗轮等交织轴齿轮副，由于是经过相对滑动产生旋转以到达动力传动，以是摩擦的影响十分大，与其他齿轮比拟传动听从下降。齿轮的听从是齿轮在正常拆卸情况下的传动听从。假如显现安装不准确的情况，特别是锥齿轮拆卸距离不准确而招致同锥交点有偏差时，其听从会明显下降。

3.1 平行轴的齿轮

1）正齿轮

齿线与轴心线为平行朝向的圆柱齿轮。由于易于加工，因此在动力传动上使用最为广泛。

2）齿条

与正齿轮啮合的直线齿条状齿轮。可以当作是正齿轮的节圆直径变成无穷大时的特别情况。

3）内齿轮

与正齿轮相啮合在圆环的内侧加工有轮齿的齿轮。主要使用行家星齿轮传动机构及齿轮联轴器等使用上。

4）斜齿齿轮

齿线为螺旋线的圆柱齿轮。由于比正齿轮强度高且运转安稳，被广泛使用。传动时产生轴向推力。

5）斜齿齿条，

与斜齿齿轮相啮合的条状齿轮。相当于斜齿齿轮的节径变成无穷大时的情况。

6）人字齿轮

齿线为左旋及右旋的两个斜齿齿轮组合而成的齿轮。有在轴向不产生推力的优点。

3.2 相交轴齿轮

1）直齿锥齿轮

齿线与节锥线的母线一律的锥齿轮。在锥齿轮中，属于比力容易制造的典范。以是，作为传动用锥齿轮使用范围广泛。

2）弧齿锥齿轮

齿线为曲线，带有螺旋角的锥齿轮。固然与直齿锥齿轮比拟，制造难度较大，但是作为高强度、低杂音的齿轮使用也很广泛。

3）零度锥齿轮

螺旋角为零度的曲线齿锥齿轮。由于同时具有直齿和曲齿锥齿轮的特性，齿面的受力情况与直齿锥齿轮相反。

3.3 交织轴齿轮

1）圆柱蜗杆副

圆柱蜗杆副是圆柱蜗杆和与之啮合的蜗轮的总称。运转宁静及单对即可取得大传动比为其最大的特性，但是有听从低的缺陷。

2）交织轴斜齿齿轮

圆柱蜗杆副在交织轴间传动时的称呼。可在斜齿齿轮副或斜齿齿轮与正齿轮副的情况下使用。运转固然安稳，但只合适于使用在轻负荷的情况下。

3.4 其他特别齿轮

1）面齿轮

可与正齿轮或斜齿齿轮啮合的圆盘状齿轮。在直交轴及交织轴间传动。

2）鼓形蜗杆副

鼓形蜗杆及与之啮合的蜗轮的总称。固然制造比力困难，但比起圆柱蜗杆副，可以传动大负荷。

3）准双曲面齿轮

在交织轴间传动的圆锥形齿轮。轻重齿轮颠末偏心加工，与弧齿齿轮相似，啮合原理十分繁复。

4. 齿轮的基本术语和尺寸盘算

齿轮有很多齿轮所特有的术语和体现办法，为了使各位能更多的了解齿轮，在此先容一些常常使用的齿轮基本术语。

1）齿轮各部位的称呼

2）表现轮齿的轻重的术语是模数

m1、m3、m8…被称为模数1、模数3、模数8。模数是全天下通用的称呼，使用标记m（模数）和数字（毫米〉来表现轮齿的轻重，数字越大，轮齿也越大。

别的，在使用英制单位的国度（好比美国），使用标记（径节）及数字（分度圆直径为1英吋时的齿轮的轮齿数）来表现轮齿的轻重。好比：DP24、DP8等。另有使用标记（周节）和数字（毫米）来表现轮齿轻重的比力特别的称呼办法，好比CP5、CP10。

模数乘以圆周率即可取得齿距（p），齿距是相邻两齿间的长度。

用公式表现就是：

p=圆周率 x 模数 = πm

不同模数的轮齿轻重比力：

3）压力角

压力角是决定齿轮齿形的参数。即轮齿齿面的倾斜度。压力角（α）寻常接纳20°。从前，压力角为14.5°的齿轮以前很普及。

压力角是在齿面的一点（寻常是指节点）上，半径线与齿形的切线间所成之角度。如图所示，α为压力角。由于α’=α，以是α’也是压力角。

A齿与B齿的啮合形态从节点看上去时：

A齿在节点上推进B点。这个时分的推进力作用在A齿及B齿的协同法线上。也就是说，协同法线是力的作用朝向，亦是承受压力的朝向，α则为压力角。

模数（m）、压力角（α）再加上齿数（z）是齿轮的三大基本参数，以此参数为基本盘算齿轮各部位尺寸。

4）齿高与齿厚

轮齿的高度由模数（m）来决定。

全齿高 h=2.25m（=齿根高+齿顶高）

齿顶高（ha）是从齿顶到分度线的高度。ha=1m。

齿根高（hf）是从齿根到分度线的高度。hf=1.25m。

齿厚 （s）的基准是齿距的一半。s=πm/2。

5）齿轮的直径

决定齿轮轻重的参数是齿轮的分度圆直径（d）。以分度圆为基准，才干定出齿距、齿厚、齿高、齿顶高、齿根高。

分度圆直径 d=zm

齿顶圆直径da=d+2m

齿根圆直径df=d-2.5m

分度圆在实践的齿轮中是无法直接看到的，由于分度圆是为了决定齿轮的轻重而假定的圆。

6）中央距与齿隙

一对齿轮的分度圆相切啮适时，中央距是两个分度圆直径的和的一半。

中央距a=（d1+d2）/2

在齿轮的啮合中，要想取得世故的啮合后果，齿隙是个紧张的要素。齿隙是一对齿轮啮适时齿面间的清闲。

齿轮的齿高朝向也有清闲。这个清闲被称为顶隙（Clearance)。顶隙(c)是齿轮的齿根高与相配齿轮的齿顶高之差。

顶隙 c=1.25m-1m=0.25m

7）斜齿齿轮

将正齿轮的轮齿螺旋状改动后的齿轮为斜齿齿轮。正齿轮几多计箅的大局部都可实用于斜齿齿轮。斜齿齿轮，依据其基准面不同有2种办法：

端面（轴直角）基准（端面模数/压力角〉

法面（齿直角）基准（法向模数/压力角〉

端面模数mt和法向模数mn的干系式mt=mn/cosβ

8）螺旋朝向与共同

斜齿齿轮、弧齿伞形齿轮等，轮齿呈螺旋状的齿轮，螺旋朝向和共同是一定的。螺旋朝向是指当齿轮的中央轴指向上下，从正面看上去时，轮齿的朝向指向右上的是[右旋]，左上的是[左旋]。种种齿轮的共同如下所示。

5. 最常用的齿轮齿形是渐开线齿形

仅仅在摩擦轮的外周上支解出平分的齿距，装上突起，然后互相啮合转动的话,会显现如下成绩：

• 轮齿的切点产生滑动
• 切点的挪动速率时快时慢
• 产生振动及杂音
  

轮齿传动时既要宁静又要世故，由此，诞生了渐开曲线。

1）什么是渐开线

将一端系有铅笔的线缠在圆筒的外周上，然后在线绷紧的形态下将线徐徐放开。此时，铅笔所画出的曲线即为渐开曲线。圆筒的外周被称为基圆。

2）8齿渐开线齿轮示例

将圆筒8平分后，系上8根铅笔，画出8条渐开曲线。然后，将线向相反朝向缠绕，按相反办法画出8条曲线，这就是以渐开曲线作为齿形，齿数为8的齿轮。

3）渐开线齿轮的优点

• 即使中央距几多有些偏差，也可以准确的啮合；
• 比力容易取得准确的齿形，加工也比力容易；
• 由于在曲线上转动啮合，以是，可以世故地转达旋转活动；
• 只需轮齿的轻重相反，一个刀具可以加工齿数不同的齿轮；
• 齿根细弱，强度高。

4）基圆和分度圆

基圆是构成渐开线齿形的基本圆。分度圆是决定齿轮轻重的基准圆。基圆与分度圆是齿轮的紧张几多尺寸。渐开线齿形是在基圆的外侧构成的曲线。在基圆上压力角为零度。

5）渐开线齿轮的啮合

两个标准的渐开线齿轮的分度圆在标准的中央距下相切啮合。

两轮啮适时的容貌，看上去就像是分度圆直径轻重为d1、d2两个摩擦轮（Friction wheels）在传动。但是，实践上渐开线齿轮的啮合取决于基圆而不是分度圆。

两个齿轮齿形的啮合交往点按P1—P2—P3的排序在啮合线上挪动。请注意驱动齿轮中黄色的轮齿。这个齿开头啮合后的一段时间内，齿轮为两齿啮合（P1、P3）。啮合持续，当啮合点挪动到分度圆上的点P2时，啮合轮齿只剩下了一个。啮合持续举行，啮合点挪动到点P3时，下一个轮齿开头在P1点啮合，再次构成两齿啮合的形态。就像如此，齿轮的两齿啮合与单齿啮合交互反复转达旋转活动。

基圆的公切线A一B被称为啮合线。齿轮的啮合点都在这条啮合线上。

用一个外貌的图来表现，就仿佛皮带交织地套在两个基圆的外周上做旋转活动转达动力一样。

6. 齿轮的变位分为正变位和负变位

我们通常使用的齿轮的齿廓寻常都是标准的渐开线，但是也存在一些情况必要对轮齿举行变位，如调停中央距、避免小齿轮的根切等。

1）齿轮的齿数与外形

渐开线齿形曲线随齿数几多而不同。齿数越多，齿形曲线越趋于直线。随齿数增长，齿根的齿形变厚，轮齿强度增长。

由上图可以看到，齿数为10的齿轮，其轮齿的齿根处局部渐开线齿形被挖去，产生根切征象。但是假如对齿数z=10的齿轮接纳正变位，增大齿顶圆直径、增长轮齿的齿厚的话，可以取得与齿数200的齿轮划一水平的齿轮强度。

2）变位齿轮

下图是齿数z=10的齿轮正变位切齿表现图。切齿时，刀具沿半径朝向的挪动量xm（mm）称为径向变位量〔简称变位量)。

xm=变位量（mm）

x=变位系数

m=模数（mm）

经过正变位的齿形厘革。轮齿的齿厚增长，外径（齿顶圆直径〉也变大。齿轮经过接纳正变位，可以制止根切（Undercut）的产生。对齿轮实行变位还可以到达别的的目标，如改动中央距，正变位可增长中央距，负变位可变小中央距。

不管是正变位照旧负变位齿轮，都对变位量仅限定。

3）正变位和负变位

变位有正变位和负变位。固然齿高相反，但齿厚不同。齿厚变厚的为正变位齿轮，齿厚变薄的为负变位齿轮。

无法改动两个齿轮的中央距时，对小齿轮举行正变位（制止根切），对大齿轮举行负变位，以使中央距相反。这种情况下，变位量的相对值相称。

4）变位齿轮的啮合

标准齿轮是在各个齿轮的分度圆相切形态下啮合。而颠末变位的齿轮的啮合，如图所示，是在啮合节圆上相切啮合。啮合节圆上的压力角称为啮合角。啮合角与分度圆上的压力角（分度圆压力角）不同。啮合角是计划变位齿轮时的紧张要素。

6）齿轮变位的作用

可以避免在加工时由于齿数少而产生的根切征象；经过变位可以取得所渴望的中央距；在一对齿轮齿数比很大的情况下，对容易产生磨耗的小齿轮举行正变位，使齿厚加厚。相反，对大齿轮举行负变位，使齿厚变薄，以使得两个齿轮的寿命接近。

7. 齿轮的精度

齿轮是转达动力和旋转的机器要素。关于齿轮的功能要求主要有：

• 更大的动力转达才能
• 尽约莫使用体积小的齿轮
• 低杂音
• 准确性
  

要想满意如上所述的要求，提高齿轮的精度将成为必需处理的课题。

1）齿轮精度的分类

齿轮的精度大抵可以分为三类：

a）渐开线齿形的准确度—齿形精度

b）齿面上齿线的准确度—齿线精度

c）齿/齿槽地点的准确度

• 轮齿的分度精度—单齿距精度
• 齿距的准确度—累积齿距精度
• 夹在两齿轮的测球在半径朝向地点的偏差—径向跳动精度

2）齿形偏差

3）齿线偏差

4）齿距偏差

在以齿轮轴为中央的测定圆周上丈量齿距值。

单齿距偏差（fpt）实践齿距与实际齿距的差。

齿距累积总偏差（Fp）测定全轮齿齿距偏差做出评价。齿距累积偏差曲线的总振幅值为齿距总偏差。

5）径向跳动（Fr）

将测头（球形、圆柱形）相继置于齿槽内，测定测头到齿轮轴线的最大和最小径向距离之差。齿轮轴的偏心量是径向跳动的一局部。

6）径向综合总偏差（Fi”）

到此为止，我们所叙说的齿形、齿距、齿线精度等，都是评价齿轮单体精度的办法。与此不同的是，另有将齿轮与丈量齿轮啮合后评价齿轮精度的两齿面啮合实验的办法。被测齿轮的支配两齿面与丈量齿轮交往啮合，并旋转一整周。纪录中央距离的厘革。下图是齿数为30的齿轮的实验后果。单齿径向综合偏差的波浪线共有30个。径向综合总偏差值约莫为径向跳动偏差与单齿径向综合偏差的和。

7）齿轮种种精度之间的关联

齿轮的各局部精度之间是有关联的，寻常来说，径向跳动与别的偏差的干系性强，种种齿距偏差间的干系性也很强。

8）高精度齿轮的条件

8. 齿轮盘算公式

标准正齿轮的盘算（小齿轮①，大齿轮②）

移位正齿轮盘算公式（小齿轮①，大齿轮②）

标准螺旋齿的盘算公式（齿直角办法）（小齿轮①，大齿轮②）

移位螺旋齿的盘算公式（齿直角办法）（小齿轮①，大齿轮②）