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齿轮的种类有哪些?

齿轮是一种机械元件,其中齿以相等的间距围绕圆柱或圆锥形表面切割。通过将一对这些元件啮合,它们可用于将旋转和力从驱动轴传递到从动轴。齿轮可以按形状分为渐开线,摆线和摆线齿轮。同样,它们可以按轴位置分类为平行轴齿轮,相交轴齿轮以及不平行和不相交的轴齿轮。齿轮的历史悠久,在公元前古希腊的阿基米德著作中就已经出现了齿轮的使用。

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有许多类型的齿轮,例如正齿轮,斜齿轮,锥齿轮,蜗轮,齿轮齿条等。可以通过查看诸如平行轴,相交轴和不相交轴等轴的位置来大致分类。

必须准确了解齿轮类型之间的差异,以实现机械设计中必要的力传递。即使选择了通用类型,也必须考虑以下因素,例如:尺寸(模数,齿数,螺旋角,端面宽度等),精密等级标准(ISO,AGMA,DIN),磨齿的必要性和/或热处理,允许的扭矩和效率等。

除此页面外,我们还在Gear Knowledge(单独的PDF页面)下介绍了更详尽的齿轮技术信息。除了下面的列表外,每个部分(例如蜗轮,齿条和小齿轮,锥齿轮等)对于各自的齿轮类型都有自己的附加说明。如果难以查看PDF,请查阅这些部分。

最好从如下所示的齿轮类型的一般知识开始。除了这些外,还有其他类型,例如端面齿轮,人字齿轮(双斜齿轮),冠齿轮,准双曲面齿轮等。

正齿轮

具有圆柱螺距表面的齿轮称为圆柱齿轮。正齿轮属于平行轴齿轮组,是圆柱齿轮,其齿线直且与轴平行。正齿轮是使用最广泛的齿轮,可以通过相对简单的生产过程实现高精度。它们具有在轴向无负荷(推力负荷)的特性。啮合对中较大的称为齿轮,较小的称为小齿轮。

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斜齿轮

斜齿轮与平行齿轮一起使用,类似于正齿轮,并且是具有绕线齿线的圆柱齿轮。与正齿轮相比,它们具有更好的齿啮合性能,并且具有出色的静音性,并且可以传递更高的载荷,从而使其适用于高速应用。当使用斜齿轮时,它们会在轴向产生推力,因此必须使用推力轴承。斜齿轮带有右手和左手扭转功能,需要一对相反的齿轮来啮合。

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齿轮架

沿平面或直杆等距切割的相同大小和形状的齿称为齿条。齿条是圆柱齿轮,俯仰圆柱体的半径是无限的。通过与圆柱齿轮小齿轮啮合,它将旋转运动转换为线性运动。齿条大致可分为直齿条和斜齿条,但两者都有直齿线。通过加工齿条的端部,可以将齿条端对端连接。

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锥齿轮

锥齿轮具有圆锥形的外观,用于在两个在一个点相交的轴(相交的轴)之间传递力。锥齿轮的锥面为锥面,其齿沿锥面切开。锥齿轮的种类包括直齿锥齿轮,斜齿锥齿轮,螺旋锥齿轮,斜切齿轮,角锥齿轮,冠状齿轮,零齿锥齿轮和准双曲面齿轮。

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螺旋锥齿轮

螺旋锥齿轮是具有弯曲齿线的锥齿轮。由于较高的齿接触比,它们在效率,强度,振动和噪音方面均优于直齿锥齿轮。另一方面,它们更难以生产。另外,由于齿是弯曲的,因此它们在轴向上产生推力。在螺旋锥齿轮中,具有零扭转角的那个称为零锥齿轮。

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螺旋齿轮

螺旋齿轮是一对相同的手动斜齿轮,在不平行,不相交的轴上的扭转角为45°。因为齿接触是一个点,所以它们的负载能力低,不适合大功率传输。由于动力是通过齿面的滑动传递的,因此使用螺旋齿轮时必须注意润滑。对于齿数的组合没有限制。

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斜接齿轮

斜齿轮是锥齿轮,其速比为1。它们用于在不改变速度的情况下改变动力传递的方向。有直线斜切和螺旋斜切齿轮。使用螺旋斜齿轮时,必须考虑使用止推轴承,因为它们会在轴向产生推力。除了通常具有90°轴角的斜切齿轮外,具有任何其他轴角的斜切齿轮也称为角度斜切齿轮。

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蜗轮

在轴上切出的螺杆形状为蜗杆,配对齿轮为蜗轮,在不相交的轴上一起称为蜗轮。蜗轮和蜗轮不限于圆柱形。沙漏型可以增加接触率,但是生产变得更加困难。由于齿轮表面的滑动接触,必须减少摩擦。因此,通常将硬质材料用于蜗杆,而将软质材料用于蜗轮。即使由于滑动接触而导致效率低下,旋转仍是平稳而安静的。当蜗杆的前导角较小时,它将产生自锁功能。

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内齿轮

内齿轮在圆柱体或圆锥的内侧切有齿,并与外齿轮配对。内齿轮的主要用途是用于行星齿轮传动和齿轮式联轴器。由于渐开线干扰,次摆线干扰和修整问题,内,外齿轮之间的齿数差异受到限制。当两个外齿轮啮合时,啮合的内齿轮和外齿轮的旋转方向相同,而相反。

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齿轮概述

(此图片中重要的齿轮术语和齿轮术语)

  • 蜗轮

  • 内齿轮

  • 齿轮联轴器

  • 螺旋齿轮

  • 渐开线花键轴和衬套

  • 斜接齿轮

  • 正齿轮

  • 斜齿轮

  • 棘轮

  • 棘爪

  • 小齿轮

  • 直锥齿轮

  • 螺旋锥齿轮

齿轮根据其轴的方向分为三大类

配置:

  1. 平行轴/正齿轮,斜齿轮,齿轮架,内齿轮

  2. 相交轴/斜齿轮,直锥齿轮,螺旋锥齿轮

  3. 非平行,不相交的轴/螺旋齿轮,蜗杆,蜗轮(蜗轮)

  4. 其他/渐开线花键轴和衬套,齿轮联轴器,棘爪和棘轮

齿轮和链轮的区别

简而言之,一个齿轮与另一个齿轮啮合,而链轮与一个链条啮合,不是齿轮。除了链轮外,看起来有点像齿轮的物品是棘轮,但其运动方向仅限于一个方向。

从连接轴的位置关系角度对齿轮类型进行分类

  1. 当齿轮的两个轴平行(平行轴)时,正
    齿轮,齿条,内齿轮和斜齿轮等。
    通常它们具有很高的传动效率。

  2. 当齿轮的两个轴彼此相交时(相交轴),
    锥齿轮属于此类。
    通常,它们具有很高的传输效率。

  3. 当齿轮的两个轴不平行或相交(偏置轴)时,
    蜗轮和丝杠齿轮属于该组。
    由于滑动接触,传输效率相对较低。

精密齿轮

当一种齿轮按精度分组时,将使用精度等级。精度等级由ISO,DIN,JIS,AGMA等设定的标准指定。例如,JIS指定每个精度等级的螺距误差,齿廓误差,螺旋偏差,跳动误差等。

存在磨齿

磨齿的存在极大地影响了齿轮的性能。因此,在考虑齿轮的类型时,磨齿是要考虑的重要因素。磨削齿面可使齿轮更安静,增加力传递能力并影响精度等级。另一方面,增加齿磨工艺会增加成本,并且不适用于所有齿轮。为了获得除研磨以外的高精度,有一种使用剃须刀进行剃须的过程。

牙齿形状的种类

为了按照齿轮的形状对齿轮的类型进行大致分类,有渐开线的齿轮形状,摆线的齿轮形状和摆线的齿轮形状。其中,渐开线齿形状是最常用的。它们易于生产并且具有即使中心距离稍微偏离也能够正确啮合的特性。摆线针齿形主要用于钟表,次摆线齿形主要用于泵中。

齿轮是有齿的齿轮,有时也称为齿轮。

齿轮是将旋转和动力从一个轴传递到另一个轴的机械部件,如果每个轴都具有适当形状的突起(齿),这些突起在其圆周上等距分布,以使随着旋转,连续的齿进入另一轴的齿之间的空间。因此,这是通过原动机的齿面推动从动轴的齿面来传递旋转动力的机械部件。在极端情况下,当一侧是线性运动(可以认为是围绕无限点的旋转运动)时,它称为齿条。

有许多方法可以将旋转和动力从一个轴传递到另一个轴,例如通过滚动摩擦,环绕式传动等。但是,尽管结构简单且尺寸相对较小,齿轮仍具有许多优点,例如,传动确定,准确角速度比,使用寿命长,功率损失最小。

从小型钟表和精密测量仪器(运动传动应用)到在船舶传动系统中使用的大型齿轮(动力传动应用),齿轮得到了广泛的应用,与螺丝和轴承一起被认为是重要的机械部件之一。

齿轮有很多类型。但是,最简单和最常用的齿轮是用于在两个平行轴之间以特定距离传输特定速比的齿轮。特别是,如图1.1所示,其齿与轴平行的齿轮被称为正齿轮。


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[图1.1正齿轮]

在两个平行轴之间传递特定角速度比的最简单方法是滚动摩擦驱动。如图1.2所示,这是通过使两个圆柱体直径与速度比成反比的方式实现的,它们相互接触并旋转而不会打滑(如果两个轴反向旋转,则接触在外侧;如果在同一轴上旋转)方向,触点在内部)。也就是说,旋转是通过滚动接触的摩擦力获得的。然而,不可能避免一些打滑,结果,不能期望可靠的传输。为了获得更大的动力传递,需要更大的接触力,这又会导致高轴承负荷。由于这些原因,该布置不适用于传输大量功率。结果是,发明了这样一种想法,即创造一种合适形式的齿,使它们在圆柱体的滚动表面上等距分布,以使至少一对或更多的齿始终保持接触。通过将后轴的齿与驱动轴的齿一起推动,确保了牢固的传动。这称为圆柱齿轮,在其上刻有齿的基准圆柱体是变桨圆柱体。正齿轮是圆柱齿轮的一种。这称为圆柱齿轮,在其上刻有齿的基准圆柱体是变桨圆柱体。正齿轮是圆柱齿轮的一种。这称为圆柱齿轮,在其上刻有齿的基准圆柱体是变桨圆柱体。正齿轮是圆柱齿轮的一种。

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[图1.2节距气缸]

当两个轴相交时,雕刻齿的参考是滚动接触的圆锥。这些是锥齿轮,如图1.3所示,其中刻有齿的基锥称为节锥。(图1.4)。

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[图1.3锥齿轮]

[图1.4节距锥]

当两个轴不平行且不相交时,就没有真正的滚动接触曲面。根据齿轮的类型,在一对参考接触旋转表面上产生齿。在所有情况下,必须设置齿廓,使接触节距表面的相对运动与参考曲面上的齿啮合的相对运动相匹配。

当齿轮被认为是刚体时,为了使两个物体在与齿表面接触时保持设定的角速度比,而不会彼此碰撞或分离,则必须将两者的速度作为普通法向分量接触点处的齿轮必须相等。换句话说,在那一瞬间,齿轮表面在共同法线的方向上没有相对运动,并且该相对运动仅在接触点处沿着接触表面存在。这种相对运动不过是齿轮表面的滑动。除特殊之处外,齿面始终涉及所谓的滑动接触传动。

为了使齿形满足上述条件,作为常规方法,利用包络面可以产生期望的齿形。

现在,将齿轮A的表面的一侧指定为曲面FA,并给两个齿轮指定一个相对旋转。然后,在附接到齿轮B的坐标系上,绘制齿轮表面FA的一组连续位置。现在考虑这组曲线的包络,并将其用作齿轮B的齿面FB。然后从包络面的理论来看,很明显两个齿轮表面保持恒定的线接触,并且两个齿轮将具有所需的相对运动。

也可以通过以下方法产生牙齿形状。除了一对具有指定相对运动的齿轮A和B之外,还考虑第三个虚构齿轮C,其中A和B啮合,并赋予它任意的齿形表面FC(仅弯曲的表面,不带齿体)和适当的相对运动。

现在,使用以前的方法,从齿轮A与虚拟齿轮C的想象啮合中,获得齿形FA作为齿形FC的包络线。将齿面FA和FC的接触线指定为IAC。类似地,从齿轮B和假想齿轮C的假想啮合获得接触线IBC和齿表面FB。因此,通过FC的中介获得了齿表面FA和FB。在这种情况下,如果接触线IAC和IBC匹配,则齿轮A和B处于线接触,并且如果IAC和IBC相交,则齿轮A和B在该交叉点处将具有点接触。

这意味着,通过这种方法,可以产生点接触齿形以及线接触齿形。

但是,如上所述,在几何上获得的齿形存在限制,特别是当表面FA和FB的齿体彼此侵入时,或者当这些区域不能用作齿形时。一个牙齿体侵入另一个牙齿体的过程称为齿廓干涉。

从上面的解释中可以清楚地看出,理论上有许多方法可以产生产生特定相对运动的齿形。然而,实际上,考虑到齿轮啮合,齿形强度和齿切割的困难将把这些齿形的使用限制在少数几种。

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在机械设计情况下使用齿轮的方法

齿轮主要用于传递动力,但是根据思想,它们可以以不同的方式用作机器元件。以下是一些方法的介绍。

  1. 抓紧机构
    使用两个相同直径的正齿轮啮合,以便当驱动齿轮倒转时,从动齿轮也倒转。您可以通过该动作获得工件抓取机构。通过调节抓爪的张开角度可以容纳各种尺寸的工件,从而实现了通用的抓取机构设计。

  2. 间歇运动机制
    日内瓦机制是一种间歇运动机制。但是,由于需要专用的机械部件,因此价格昂贵。通过使用缺少的齿齿轮,可以获得低成本且简单的间歇机构。
    所谓缺齿齿轮,是指从根部去除了任何数量的齿轮齿的齿轮。只要啮合在一起,与缺齿齿轮啮合的齿轮就会旋转,但一旦遇到驱动齿轮的缺齿部分,齿轮就会停止转动。然而,当齿轮脱开时施加外力时,它具有变速的缺点。在这些情况下,必须通过诸如使用摩擦制动器的方法来保持其位置。

  3. 特殊动力传递机构
    通过在齿轮减速器的齿轮系的一级安装一个单向离合器(仅允许一个方向旋转运动的机构),可以创建一种在一个方向上传递运动但在中间空转的机构。相反。
    通过使用此机制,可以创建一个在通电时操作电动机的系统,但是在切断电源后,它将通过弹簧力移动输出轴。
    通过在齿轮组内部安装沿旋转方向缠绕的弹簧(扭力螺旋弹簧或螺旋弹簧),减速器在缠绕弹簧时工作。弹簧完全缠绕后,电动机将停止运转,并且内置在电动机中的电磁制动器将保持该位置。
    断电时,制动器会松开,并且弹力将以与电动机驱动时相反的方向驱动齿轮。此机制用于在断电(紧急情况)时关闭阀门,称为“弹簧复位式紧急关闭阀”。

为什么很难获得所需的齿轮?

齿轮本身没有标准

齿轮自古以来就已在世界范围内用于许多应用中,并且是机器元件的代表性组件。然而,就齿轮的精度等级而言,在各个国家/地区都有行业标准,例如AGMA(美国),JIS(日本),DIN(德国)等。另一方面,在因素方面没有标准。最终指定[齿轮本身],例如其形状,尺寸,内径,材料,硬度等。因此,虽然没有统一的方法,但它是由各个设计师根据实际情况确定的齿轮规格的集合他们的机器设计或由齿轮制造商决定的机器设计。

齿轮规格繁多

如上所述,齿轮规格繁多。除了非常简单的齿轮以外,可以说使用齿轮的地方种类很多,这并不是夸大其词。例如,在许多齿轮中,当压力角,齿距和齿数规格匹配时,还有许多其他定义齿轮的规格,例如孔径,端面宽度,热处理,最终硬度,磨削后的表面粗糙度,存在性等。可以说两个齿轮兼容的可能性很低。这是为什么(例如,当齿轮损坏时)难以获得替换齿轮的原因之一。

无法获得所需的档位

有时,您在使用机器的地方无法获得更换的齿轮来更换磨损或损坏的齿轮。在这种情况下,大多数情况下,如果机器的手册或零件清单包含了齿轮制造所需的图纸,就没有问题。如果可以与机器制造商联系并且制造商可以提供所需的齿轮,也没有问题。不幸的是,在许多情况下:
 -机器手册没有
 单独显示齿轮的图-无法仅从机器制造商那里获取齿轮,等等。
由于这样的原因,很难获得所需的齿轮。在这些情况下,必须进行齿轮破损的制造图。如果没有专门的技术装备知识,通常很难做到这一点。由于齿轮数据不足,这种情况对于齿轮制造商来说通常也同样困难。同样,要从损坏的齿轮中创建图纸需要大量的工程人力,这就提出了由谁来负担这笔费用的问题。

当只需要一个齿轮时,生产成本很高

当使用齿轮的机器被批量生产时,被制成一定批量的齿轮也是如此,通过利用规模经济来分散齿轮的单位成本。另一方面,用户在机器制造后使用该机器,并且当需要更换一个或两个齿轮时,他们通常面临很高的生产成本,从而最终的维修成本有时非常昂贵。简而言之,两种生产方法(批量生产或小批量生产)的差异对齿轮的成本影响很大。例如,与一个新的机械生产项目(一次生产300个齿轮)一次购买300个齿轮相比,之后购买一个替换齿轮(生产批量为1个),一次购买300个齿轮在制造单位成本上有巨大差异。

使用标准齿轮的可能性

在设计新机器时,如果所用齿轮的规格可以与齿轮制造商的标准齿轮的规格相匹配,则可以解决上述问题。通过这种方法:

  • 您可以在机器设计过程中避免设计新齿轮的步骤

  • 您可以利用齿轮制造商提供的2D / 3D CAD模型,可打印的零件图,强度计算等

  • 即使您只需要试用一个齿轮,标准齿轮通常还是由齿轮制造商批量生产并且价格合理

这些是您可以利用的一些便利。


另外,当需要更换使用中的机器中的齿轮时,如果其规格与齿轮制造商的规格相似,则可以将其与标准齿轮本身互换,或将其与次级齿轮互换。同样在这种情况下,可以避免执行以下任务带来的不便:

  • 寻找图纸

  • 创建新图纸

  • 寻找承包商来制造齿轮

  • 接受一件生产的高成本






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