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              【機械設計】齒輪基礎知識-超全講解:齒輪的歷史、分類等

              1. 什么是齒輪?

              齒輪是能互相嚙合的有齒的機械零件。它在機械傳動及整個機械領域中的應用極其廣泛。

              2. 齒輪的歷史

              早在公元前350年,古希臘著名的哲學家亞里士多德在文獻中對齒輪有過記錄。公元前250年左右,數學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。在現今伊拉克凱特斯芬遺跡中還保存著公元前的齒輪。

              齒輪在我國的歷史也源遠流長。據史料記載,遠在公元前400~200年的中國古代就已開始使用齒輪,在我國山西出土的青銅齒輪是迄今已發現的古老齒輪,作為反映古代科學技術成就的指南車就是以齒輪機構為核心的機械裝置。15世紀后半的意大利文藝復興時期,著名的全才列奧納多·達芬奇,不僅在文化藝術方面,在齒輪技術上也留下了不可磨滅的功績,經過了500年以上,現在的齒輪仍然保留著當時素描的原型。

              直到17世紀末,人們才開始研究能正確傳遞運動的輪齒形狀。18世紀,歐洲工業之后,齒輪傳動的應用日益廣泛;先是發展擺線齒輪,而后是漸開線齒輪,一直到20世紀初,漸開線齒輪已在應用中占了優勢。其后又發展了變位齒輪、圓弧齒輪、錐齒輪、斜齒輪等等。

              現代齒輪技術已達到:齒輪模數0.004~100毫米;齒輪直徑由1毫米~150米;傳遞功率可達十萬千瓦;轉速可達十萬轉/分;圓周速度達300米/秒。

              國際上,動力傳動齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標準化方向發展。特殊齒輪的應用、行星齒輪裝置的發展、低振動、低噪聲齒輪裝置的研制是齒輪設計方面的一些特點。

              3. 齒輪一般分為三大類

              齒輪的種類繁多,其分類方法通常的是根據齒輪軸性。一般分為平行軸、相交軸及交錯軸三種類型。

              1)平行軸齒輪:包括正齒輪、斜齒輪、內齒輪、齒條及斜齒條等。

              2)相交軸齒輪:有直齒錐齒輪、弧齒錐齒輪、零度齒錐齒輪等。

              3)交錯軸齒輪:有交錯軸斜齒齒輪、蝸桿蝸輪、準雙曲面齒輪等。

              上表中所列出的效率為傳動效率,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,基本上是滾動,相對的滑動非常微小,所以效率高。交錯軸斜齒輪及蝸桿蝸輪等交錯軸齒輪副,因為是通過相對滑動產生旋轉以達到動力傳動,所以摩擦的影響非常大,與其他齒輪相比傳動效率下降。齒輪的效率是齒輪在正常裝配狀況下的傳動效率。如果出現安裝不正確的情況,特別是錐齒輪裝配距離不正確而導致同錐交點有誤差時,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。因為易于加工,因此在動力傳動上使用廣泛。

              2)齒條

              與正齒輪嚙合的直線齒條狀齒輪??梢钥闯墒钦X輪的節圓直徑變成無限大時的特殊情況。

              3)內齒輪

              與正齒輪相嚙合在圓環的內側加工有輪齒的齒輪。主要使用在行星齒輪傳動機構及齒輪聯軸器等應用上。

              4)斜齒齒輪

              齒線為螺旋線的圓柱齒輪。因為比正齒輪強度高且運轉平穩,被廣泛使用。傳動時產生軸向推力。

              5)斜齒齒條

              與斜齒齒輪相嚙合的條狀齒輪。相當于斜齒齒輪的節徑變成無限大時的情形。

              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。有在軸向不產生推力的優點。

              3.2 相交軸齒輪

              1)直齒錐齒輪

              齒線與節錐線的母線一致的錐齒輪。在錐齒輪中,屬于比較容易制造的類型。所以,作為傳動用錐齒輪應用范圍廣泛。

              2)弧齒錐齒輪

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

              3)零度錐齒輪

              螺旋角為零度的曲線齒錐齒輪。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。

              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。運轉平靜及單對即可獲得大傳動比為其的特征,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??稍谛饼X齒輪副或斜齒齒輪與正齒輪副的情況下使用。運轉雖然平穩,但只適合于使用在輕負荷的情況下。

              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。在直交軸及交錯軸間傳動。

              2)鼓形蝸桿副

              鼓形蝸桿及與之嚙合的蝸輪的總稱。雖然制造比較困難,但比起圓柱蝸桿副,可以傳動大負荷。

              3)準雙曲面齒輪

              在交錯軸間傳動的圓錐形齒輪。大小齒輪經過偏心加工,與弧齒齒輪相似,嚙合原理非常復雜。
               

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