齿轮机构

齿轮机构

齿轮机构用来传递运动和动力，通过连续啮合轮齿的正确接触，从一根轴传动到另一根轴。大约公元前2600年，中国人就能够使用一系列战车而闻名复杂的齿轮机构而构成的。公元前4世纪，亚里士多德写的齿轮好象推动的是平凡的。在公元15世纪，Leonardo da Vinci 设计了能与许多种类的齿轮枢结合的大量装置。与皮带和链传动相比较，齿轮传动装置更加紧凑，能高速运行，也能够被运用在要求准确定时的场合。齿轮传动的传动效率高达98％。另一方面，齿轮传动机构成本高，而且要求注意润滑、清洁度、轴的对中等等，经常用在提供准确箱体润滑的闭式情况下。

齿轮机构能被分为平面齿轮机构和空间齿轮机构。平面齿轮机构被用于传递运动和动力，而平行轴间的运动和动力空间齿轮机构用于传递不平行轴间的运动和动力。

齿轮的分类：

直齿轮  直齿轮有节轮表面和平行于轮的轴线的直齿轮，如图2.8所示。它们用于传递两平行轴间的运动和动力。两配合的直接齿面啮合在一条平行于其轴线的直线上，这意味着整个齿宽在同一时刻啮合脱开，这样在齿面上导致加载或卸载，当齿轮啮合或脱开时，结果推动和噪声就产生了。

斜齿轮  这种齿轮的轮齿有一位角度或与其轴线旋转一定角度在平面齿轮机构中相互啮合，斜齿轮齿面相啮合于一条倾斜于轴承的直线上，啮合线的长度从0逐渐变化到最大再从最大变化到0，轮齿的加载和卸载变得平稳均匀的运动和动力。人字齿轮相当于右旋齿轮和左旋齿轮并在一起，因为轮齿存在一定角度，斜齿轮产生相当大的轴间推力，人字齿轮通过相互抵消纠正了这一推力，允许其使用以推力轴承代替大推力轴承，或不同推力轴承，为了加工方便经常沿着齿轮加工一个中心槽。

伞状齿轮  伞状齿轮是依据平截头圆锥体分配的。圆柱齿轮的节圆柱成为分圆锥，齿轮的齿的横剖面的尺寸是不同的。为了方便起见，锥齿轮的大头端部的参数和尺寸作为标准值。习惯上锥齿轮相互作用的轴彼此不是平行的，通常两轴线彼此成为90度，有时会比90度或多或少。两个相互啮合的齿轮仅仅为了变向或许有一样的齿数，又或者为了改变速度和方向而齿数不同。锥齿轮可能是直齿的也可能是螺旋形齿轮，以便我们有简单的和螺旋形的齿轮。准双曲面来自于双曲面和齿面的放置的表面。准双曲面的齿轮属于锥齿轮，但是两轴不能横断，因为轴的材料，它的齿是曲线的，轴承可以位于各齿轮的各个侧面。这种齿轮主要用在汽车后方末端是为了降低传动轴并且用在汽车踏板处。

蜗轮蜗杆齿轮  蜗轮传动惯于传递动力和功率，它的轴既不相交也不平行，通常都是垂直的，尤其是要求获得高的齿轮减速在一定的极限运算范围内。蜗杆是螺旋的，通常为了方便起见都是顺时针方向的，如果需要的话也可是左旋方向的。按照类型，可以是单螺旋的也可以是双螺旋的，螺杆通常用来降低速度的，即使不自动锁住，螺杆也能够被驱动，所以称作回力驱动机构，为了提高速度。下面是蜗轮蜗杆传动装置的两个特点：（a）有很高的传动速度（b）后者意思指和其它种类的齿轮相比中心有高的发热性和电力传输效率。

齿轮轮齿形状

轮齿几何形状的基本要求提供一个准确不变的角速度，当然制造端差和轮齿变形将会在速度比上产生微小的偏差，然而可接受的齿形依据基于满足这一判剧的理论曲线得出的。

满足这要求的一对配合齿轮的运动被称为共轭齿轮传动。如图2.12所示，共轭齿轮传动的基本定律论述为当齿轮转动时，接触点表面的公法线总是与中心线交于一点P，这点叫节点。

共轭齿轮传动原则能被各种齿形适应，目前最重要的一种是渐开线齿轮更精确地说一个圆的渐开线（与它相近的重要的竞争者是摆线齿轮，它被用在福特汽车厂模式中）是条曲线，当从一个基圆满开时，张紧线上每一点所形成的，两条渐近线轮齿右外形相对应，相应地，通过逆时针方向展开预先在右基圆上的线所产生的渐开线会形成轮齿左边的外形，该点在每一点上，渐开线始终垂直于这条张紧线，因为渐开线理一条半径不断增加的圆弧，值得注意的是渐开线能够在基圆外部产生并绘制，而不能在基圆里面。

用以下三个步骤研究一对相配合的齿轮：摩擦传动，带传动和渐开线齿轮传动。如图2.14所示两个节圆，假设他们是两个压在一起的圆柱，如果不发生打滑，一个圆柱的旋转会引起另一个圆柱以一定角速度旋转，且这个速比反比于他们的直径比，任何一对相啮合的齿轮，两个中较小的叫小齿轮，较大的叫大齿轮，用下标p和g分别指明。

为了使传动的扭矩比摩擦传动产生的扭矩大，要附加一个带有基圆的皮带办的皮带驱动装置。如图2.15所示，如图，小齿轮逆时针旋转一个小角度，皮带将带动大齿轮以相应的速比旋转，在齿轮传动中，角度Ψ为压力角，人相似三角形得，把基圆具有相同速度的点称为节点。

如图2.16中皮带在c点被切断，两端分别形成了大齿轮和大齿轮上的渐开线齿形DE和FG，现在应该清楚了为什么称Ψ为压力角，忽略滑动摩擦，一个齿轮作用于另一个齿轮的力总是形成一个与压力角相同的角度。图2.16和2.12的比较表明了渐开线齿轮强调满足共轭齿轮传动的基本原则，附带的渐开线齿轮只是几何形状满足当齿轮旋转时压力角多产生这一原则，特别注意共轭渐开线齿轮传动只能发生在两基圆外面，从而摩擦传动和皮带传动所提供的速度三角开相同。

直齿轮的专用术语

直齿轮的术语大部分可用于其它种类的齿轮。

两个相配合的齿轮的每个最初的圆柱直径被称为中径，并且圆柱体的横截面外形被称为节圆，两个节圆相切于节点。产生渐开线的圆称为基圆。位于齿的顶部的圆称为齿顶圆，同样的，位于齿的根部的圆称为齿根圆，在齿顶圆和齿根圆之间的重要的圆称为分度圆，分度圆的参数是标准化了的。用在齿轮分度圆的模数作为基本参数，m=p/π,齿和齿轮的尺寸正比于模数m。

齿顶是指由分度圆到齿顶圆的径向距离，齿根是指由分度圆到齿根圆的径向距离。相互啮合的齿轮的齿顶和齿根之间的间隙是有差异的，此间隙的存在是为了防止两齿轮相互啮合引起偏心。

周节p是指相邻齿的相应边之间的距离，它是沿分度圆测量的。类似于周节的基节沿分度圆测量代替分度圆。很容易看出来基圆半径等于分度圆半径乘上压力角的余弦，因为对于给定的角度，任一相对的弧和半径之比为常数，它确实是基圆节距等于圆的节距乘上压力角的余弦。压力角是一确定的圆上法线和圆周速度相交点所在的角。在分度圆上的压力角是标准化的，它通常是20º（有时15º）。

中心线是指通过相互啮合齿轮的中心线的那条线。中心距（沿中心线测量）等于小齿轮和大齿轮节圆半径的和。

齿厚是指齿的宽度，是沿着分度圆测量的这段距离称之为齿厚。齿间宽是沿着分度圆测量相邻齿相对边之间的距离，齿厚加上齿间宽等于节距，齿侧是齿间宽减去齿厚的距离。齿面宽是沿轴线上测量出齿的宽度。

齿顶面是在节圆作用之外的齿的作用面，齿根面是在节圆之内的作用面。齿根圆角是齿的根部处的圆角，工作深度是大齿轮齿顶高与其相啮合的齿轮的齿顶高之和。

为了正确啮合，齿轮共同运转的准则是：（a）具有相同的模数；（b）有相同的压力角；（c）有相同的齿顶高和相同的齿根高。最后的一条准则只适用于标准齿轮。

滚动轴承

    滚动轴承包含了内外尾圈，他由许多滚动元件分开，如滚珠，圆柱或圆锥滚子，或者滚针。滚珠轴承具有球状滚动元件，他被保持在隔圈和保持架之间，棍子轴承主要由圆柱的，圆锥的，鼓形的磙子代替。球行的滚针轴承通常即设内滚道也设保持架。滚针被外圈滚道上构成整体的必须法点固定。

   具有滚动轴承的滚道轴，不具有滑动粘着效应，低启动扭矩和速度摩擦力，不像滑动轴承，摩擦系数遂在和和速度变化不大，滚动接触轴承优于滑动轴承的有点是他的启动扭矩，普通滑动轴承从静止开始实际上伴随着金属的接触，和滚动元件之间的摩擦具有高摩擦系数，在轴承带恒定负荷启动的情况下，这个特点相当重要。