(中文版)gear齿轮技术入门篇

齒輪技術入門篇齒輪的功能齒輪為最常用的機械元件之一,被廣泛地使用在機械傳動裝置中.齒輪之所以能有如今這般的普及,其主要敘述如下.小自鐘錶用齒輪,大至船舶渦輪機用大型齒輪,它都可以確實地傳動動力.經由選擇不同齒數的組合,可以得到任意且正確的轉速比.利用齒輪組合數的增減,可以自由地變換回轉軸之間的相互關係位置.可以使用在平行軸,相交軸,交錯軸等各種軸之間的傳動上.本齒輪技術入門篇是為了提供正確使用齒輪的基礎知識而編.本篇是為幫助客戶能正確地從「KHK3009」中選用齒輪,因此在這裏以齒輪技術為中心介紹一些選用齒輪時所必需要的基本知識.3421335778991011111212131318212834362齒輪入門篇目錄齒輪的種類及用語…………………………1.1　齒輪的種類………………………………1.2　齒輪幾何記號及用語……………………齒輪鎖鏈的轉速比和回轉方向…………2.1　一段齒輪機構……………………………2.2　二段齒輪機構……………………………漸開線齒輪…………………………………3.1　漸開線齒輪的齒形及尺寸………………3.2　漸開線曲線………………………………3.3　漸開線齒輪的咬合………………………3.4　漸開線齒形的創生………………………3.5　下切………………………………………3.6　齒輪的轉位………………………………齒輪的尺寸計算……………………………4.1　正齒輪……………………………………4.2　內齒輪……………………………………4.3　螺旋齒輪…………………………………4.4　傘形齒輪…………………………………4.5　交錯軸螺旋輪……………………………4.6　圓筒蝸輪組………………………………1.1齒輪的種類齒輪有很多種類,其分類法最通常的是根據齒輪軸性來區分.分成平行軸,相交軸及交錯軸三種類型:平行軸齒輪包括正齒輪,螺旋齒輪,內齒輪,齒條及螺旋齒條等.相交軸齒輪有直齒傘形齒輪,彎齒傘形齒輪,零度傘形齒輪等交錯軸齒輪有交錯軸螺旋齒輪,蝸輪蝸桿,戟齒輪等.表1.1中,列出了常用齒輪的分類情況.表1.1齒輪的分類和種類此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.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,特別是傘形齒輪裝配距離不正確而導致圓錐交點有誤差時,其效率會顯著下降.齒輪的分類相交軸3(1)平行軸的齒輪①正齒輪(SpurGears)　齒筋與軸心平行的圓筒齒輪.因為易於加工,因此在動力傳動上使用最為廣泛.②齒條(Racks)　與正齒輪咬合的直線條狀齒輪.可以看成是標準圓直徑無限大的正齒輪之特殊情況.③內齒輪(InternalGears)　與正齒輪相咬合,在圓環的內側切齒的齒輪.主要使用在行星齒輪傳動機構及齒輪聯軸器等應用上.④螺旋齒輪(HelicalGears)　齒筋為螺旋線的圓筒齒輪.因為比正齒輪強度高且運轉平穩,被廣泛使用.唯轉動時會產生軸向推力.⑤螺旋齒條(HelicalRacks)　與螺旋齒輪相咬合的條狀齒輪.相當於螺旋齒輪的節徑變成無限大時的情形.1齒輪的種類及用語平行軸交錯軸齒輪的種類正齒輪齒條內齒輪螺旋齒輪螺旋齒條人字齒輪直齒傘形齒輪彎齒傘形齒輪零度傘形齒輪圓筒蝸桿蝸輪交錯螺旋齒輪效率(%)98.0―99.598.0―99.030.0―90.070.0―95.0齒輪技術入門篇圖1.1正齒輪圖1.2齒條圖1.3內齒輪與外齒輪圖1.4螺旋齒輪圖1.5螺旋齒條(3)交錯軸齒輪①圓筒蝸輪組(WormGears)圓筒蝸輪組是圓筒蝸桿和與之咬合的蝸輪的總稱.運轉平靜及單對即可獲得大轉速比為其最大的特徵,但是有效率低的缺點.②交錯螺旋齒輪(ScrewGears)螺旋輪組在交錯軸間傳動時的名稱.可和螺旋齒輪或正齒輪搭配使用.運轉雖然平穩,但只適合於使用在輕負荷的情況下.(4)其他特殊齒輪①面齒輪(FaceGears)　可與正齒輪或螺旋齒輪咬合的圓盤狀齒輪.在直交軸及交錯軸間傳動.②鼓形蝸輪組(ConcaveWormGears)　鼓形蝸桿及與之咬合的蝸輪的總稱.雖然製造比較困難,但比起圓柱蝸桿組,可以傳動大的負荷.③戟齒輪(HypoidGears)　在交錯軸間傳動的圓錐形齒輪.大小齒輪經過偏移加工,與傘形(彎齒)齒輪相似,但咬合原理完全不同(是一種雙曲面間的傳動)非常複雜.⑥人字齒輪(HerringboneGears)齒筋為左旋及右旋的兩個螺旋齒輪組合而成的齒輪.有不產生軸向推力的優點.(2)相交軸齒輪①直齒傘形齒輪(StreightBevelGears)齒筋與節錐的母線一致的傘形齒輪.在傘形齒輪中,屬於比較容易製造的類型,所以,作為傳動用傘形齒輪應用最為廣泛.②彎齒傘形齒輪(SpiralBevelGears)齒筋為曲線,帶有螺旋角的傘形齒輪.雖然與直齒傘形齒輪相比,製作難度較大,但是其高強度及低噪音的特性使彎齒傘形齒輪也被廣泛應用.③零度傘形齒輪(ZerolBevelGears)螺旋角為零度的彎齒傘形齒輪.同時具有直齒和彎齒傘形齒輪的特徵,尤其齒面的受力情形與直齒傘形齒輪相同.4齒輪技術入門篇圖1.6人字齒輪圖1.7直齒傘形齒輪圖1.8彎齒傘形齒輪圖1.9零度傘形齒輪圖1.10　圓筒蝸桿組圖1.11　交錯螺旋齒輪圖1.12　面齒輪圖1.13　鼓形蝸輪組圖1.14　戟齒輪用語用語用語角速度線速度回轉數轉位係數齒直角轉位係數軸直角轉位係數中心距離修正係數51.2齒輪幾何記號及用語　在本產品目錄中使用的齒輪幾何記號及用語列於表1.2～1.6中.隨著國際化的發展,將齒輪幾何記號的表示與國際標準統一為目的,日本標準調查會(JIS)依據ISO標準對齒輪記號及用語的規定予以修改.本產品目錄的技術資料中所使用的齒輪幾何記號及用語也與ISO規格一致.表1.2直線上及圓周上的尺寸表1.3角度尺寸表1.4數值及比率中心距離標準節距軸直角節距齒直角節距軸向節距法線節距軸直角法線節距齒直角法線節距標準壓力角咬合壓力角,工作壓力角刀具壓力角軸直角壓力角齒直角壓力角軸向壓力角軸直角咬合壓力角齒頂壓力角齒直角咬合壓力角齒數等價齒輪齒數牙數或小齒輪齒數齒數比轉速比模數軸直角模數齒直角模數軸向模數周節軸直角咬合率重疊咬合率全咬合率標準圓筒螺旋角節圓筒螺旋角中央螺旋角齒頂圓筒螺旋角基圓筒螺旋角標準圓筒導角節圓筒導角齒頂圓筒導角基圓筒導角軸角標準圓錐角節圓錐角齒頂圓錐角齒底圓錐角齒冠角齒根角軸直角接觸角重疊角總接觸角齒厚之半角齒頂齒厚之半角齒溝之半角冠齒輪之節距角α角的漸開線函數全齒深齒冠高齒根高弦齒高固定弦齒高有效齒高圓弧齒厚齒直角圓弧齒厚軸直角圓弧齒厚齒頂厚基圓圓弧齒厚弦齒厚固定弦齒厚跨齒厚齒溝齒頂隙圓周齒隙法線齒隙徑向齒隙回轉角度齒隙齒幅有效齒幅導程咬合長度遠離咬合長度近接咬合長度重疊咬合長度標準圓直徑節圓直徑齒頂圓直徑基圓直徑齒底圓直徑中央標準圓直徑小端齒頂圓直徑標準圓半徑節圓半徑齒頂圓半徑基圓半徑齒底圓半徑齒形曲率半徑圓錐距離背錐距離代號 a p pt pn px pb pbt pbn α α' αo αt αn αx α't αa α'n z zv z1 u i m mt mn mx P εα εβ εγ ω v n x xn xt y β β' βm βa βb γ γ' γa γb Σ δ δ' δa δf θa θf ζα ζβ ζγ ψ ψa η τ invα h ha hf ha hc h' s sn st sa sb s sc W e c jt jn jr jθ b b' pz gα gf ga gβ d d' da db df dm di r r' ra rb rf ρ R Rv代號記號齒輪技術入門篇大寫字母用語小寫字母拼音　表1.7為希臘字母表.6表1.5其他表1.7希臘字母表表1.6精度切線力(圓周)軸向力徑向力梢(球)直徑理想的梢(球)直徑跨梢(球)尺寸通過梢(球)中心之壓力角摩擦係數圓弧齒厚係數記號 Ft Fx Fr dp d'p M φ μ ΚΑΒΓΔΕΖΗΘΙΚΛΜΝΞΟΠΡΣΤΥΦΧΨΩαβγδεζηθικλμνξοπρστυφχψωAlphaBetaGammaDeltaEpsilonZetaEtaThetalotaKappaLambdaMuNuXiOmicronPiRhoSigmaTauUpsilonPhiChiPsiOmega用語單一節距誤差鄰接節距誤差總累積節距誤差總齒形誤差齒溝偏擺總齒筋誤差記號 fpt fv或fpu Fp Fα Fr Fβ　以上的記號使用上加注下標1或2,以區別大齒輪與小齒輪,蝸桿與蝸輪,驅動齒輪與被動齒輪等.齒輪技術入門篇7　設一段齒輪機構驅動齒輪的齒數為,轉速為,被動齒輪的齒數為轉速為,轉速比的計算式如下:轉速比＝＝　　　　　　　（2.1）　　根據轉速比的數值,可將一段齒輪機構分為三類:　　　　轉速比＜1　增速齒輪機構　n1＜n2　　　　轉速比＝1　等速齒輪機構　n1＝n2　　　　轉速比＞1　減速齒輪機構　n1＞n2　圖2.1中,(A)和(B)為外齒輪咬合的一段齒輪機構,驅動齒輪與被動齒輪的回轉方向相反.　圖2.1中,(C)為外齒輪與內齒輪相咬合的情況,轉向相同.　圖2.1中,(D)為蝸輪蝸桿咬合的情況,蝸輪的回轉方向會因螺旋方向而異.　齒輪是無法單獨行使動力的傳達.至少要有兩個以上的齒輪相互咬合才能達到傳動目的.在這裏,我們先從最單純簡單的一段齒輪機構與二段齒輪機構來說明,然後再深入到行星機構及封閉拘束齒輪系.2.1一段齒輪機構　一對齒輪咬合後而形成的齒輪系稱為一段齒輪機構.一段齒輪機構如圖2.1所示.2齒輪鎖鏈的轉速比和回轉方向齒輪技術入門篇(A)　正齒輪組合(B)　傘形齒輪(C)　正齒輪與內齒輪(D)　蝸桿蝸輪圖2.1　一段齒輪機構齒輪2齒輪1齒輪2齒輪1齒輪2齒輪1右旋蝸桿左旋蝸桿右旋蝸輪左旋蝸輪z1z2n2n1(z2,n2)(z1,n1)(z2,n2)(z1,n1)(z2,n2)(z1,n1)(z1,n1)(z1,n1)(z2,n2)(z2,n2)　如果機構中的齒輪2與齒輪3的齒數相等時,就將變成圖2.3所示的機構.　在圖2.3的機構中,齒輪2對轉速比不產生影響,稱之為惰輪.　因此,可以將此機構看成是使用了惰輪的一段齒輪機構,其轉速比為:轉速比＝×＝（2.4）　除此之外,還有使用齒條的一段齒輪機構.在這個一段齒輪機構中,若小齒輪的齒數為z1的話,小齒輪在回轉θ角度後,齒條移動量ℓ的大小可根據下式計算:ℓ＝　×πm　　　　　　　　　（2.2）　公式中的πm為齒條的標準節距.2.2二段齒輪機構二段齒輪機構是用二組一段齒輪機構所構成的.圖2.2為二段齒輪機構的構造.　在這裏,假設第一段齒輪中齒輪1為驅動齒輪,則此齒輪機構的轉速比為:轉速比＝　　×　　＝　　×　　　　　（2.3）　　其中n2＝n3　在這個二段齒輪機構中,齒輪1和齒輪4的回轉方向相同.　8齒輪技術入門篇齒輪4齒輪3齒輪2齒輪1圖2.2　二段齒輪機構齒輪3齒輪2齒輪1圖2.3　使用了惰輪的一段齒輪機構z1z2z3z4n2n1n4n3360z1θz1z2z2z3z1z3(z4,n4)(z3,n3)(z2,n2)(z1,n1)(z3,n3)(z2,n2)(z1,n1)　漸開線齒形是動力傳達用齒輪中最具有代表性的齒形,使用也最為普遍.　漸開線齒輪的特點是製作容易,在中心距離有少許誤差的情形下也能平穩地咬合運轉.3.1漸開線齒輪的齒形及尺寸　輪齒的大小一般以模數m(單位:mm)來表示.模數乘以π所得的值稱為標準節距p (節距).p＝πm　　　　　　　　　　　　　　　（3.1）　標準JISB1701-1973漸開線齒輪的齒形及尺寸中所規定的模數標準值分為三個系列如表3.1.齒條齒形的模數實際大小如圖3.1所示.表3.1模數標準值　　　單位mm（注）優先選用第1系列.　另外還有使用徑節P （D.P.）來表示輪齒的大小的方法,主要使用在美國.　徑節P與模數m的關係為:m＝25.4/P第１系列0.100.100.200.100.300.100.4