1. 什么是齒輪？

齒輪是機(jī)械傳動的核心，是能互相嚙合、傳遞動力和運(yùn)動的有齒機(jī)械零件。

2. 齒輪的輝煌歷史

– 西方起源：公元前350年亞里士多德已有記載，文藝復(fù)興時期達(dá)芬奇留下了現(xiàn)代齒輪的雛形。
– 中國貢獻(xiàn)：公元前400年已使用，山西出土的青銅齒輪是世界之最，指南車更是古代齒輪應(yīng)用的典范。
– 技術(shù)演進(jìn)：17世紀(jì)后，漸開線齒輪成為主流，現(xiàn)代齒輪技術(shù)已能實(shí)現(xiàn)從微型到巨型、從低速到高速的全覆蓋。

3. 齒輪的三大分類

根據(jù)軸的相對位置，齒輪主要分為三類：

類型 常見例子 特點(diǎn)
平行軸 正齒輪、斜齒輪、齒條 傳動效率高，應(yīng)用最廣
相交軸 直齒錐齒輪、弧齒錐齒輪 用于兩軸相交的傳動
交錯軸 蝸桿蝸輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪 可實(shí)現(xiàn)大傳動比，但效率較低

小知識：平行軸和相交軸齒輪主要靠“滾動”傳動，所以效率高；而交錯軸齒輪靠“滑動”傳動，摩擦大，效率就低一些。

4. 齒輪的關(guān)鍵術(shù)語與計(jì)算

這是理解齒輪設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，我們挑最重要的幾個來看：
– 模數(shù) (m)：表示輪齒大小的基本參數(shù)，數(shù)字越大，牙齒越“強(qiáng)壯”。
– 壓力角 (α)：齒面的傾斜度，常見為20°，影響傳動的平穩(wěn)性。
– 分度圓 (d)：決定齒輪大小的基準(zhǔn)圓，直徑 ?d = m × z? (z是齒數(shù))。
– 中心距 (a)：一對齒輪嚙合時，兩軸之間的距離。
– 變位：通過改變刀具位置來“加厚”或“減薄”輪齒，主要用于防止小齒輪“根切”（強(qiáng)度削弱）或調(diào)整中心距。

5. 為什么是漸開線齒形？

目前絕大多數(shù)齒輪都采用“漸開線”作為齒形，因?yàn)樗腥鬅o可替代的優(yōu)勢：

1.?嚙合穩(wěn)定：即使安裝有微小誤差，也能平穩(wěn)傳動，噪音低。
2.?加工簡便：同一把刀具可以加工不同齒數(shù)的齒輪。
3.?強(qiáng)度高：齒根形狀粗壯，能承受更大的載荷。

可以把它想象成一條從基圓上“展開”的線，兩個齒輪的嚙合就像兩條皮帶在兩個圓上滾動。

6. 齒輪的精度

高精度是高性能齒輪的保證。主要考核以下幾個方面：

– 齒形精度：牙齒的輪廓是不是標(biāo)準(zhǔn)的漸開線。
– 齒距精度：每個齒之間的距離是否均勻。
– 徑向跳動：齒輪旋轉(zhuǎn)時，其中心是否穩(wěn)定，有沒有“晃”。

現(xiàn)代齒輪技術(shù)已達(dá)到：齒輪模數(shù)0.004~100毫米；齒輪直徑由1毫米~150米；傳遞功率可達(dá)十萬千瓦；轉(zhuǎn)速可達(dá)十萬轉(zhuǎn)/分；最高的圓周速度達(dá)300米/秒。

國際上，動力傳動齒輪裝置正沿著小型化、高速化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。