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齿轮的种类及特长

1. 齿轮的种类及特长

齿轮大致可以分成三种类型。请看具体的分类情况及KHK标准齿轮的构成。

齿轮的传动型式 – 平行轴


齿轮的传动型式 – 平行轴

齿轮的类型 : 正齿轮
正齿轮
传动效率 (%) – 98.0−99.5
KHK 标准齿轮 – MSGA, SSG, SS, SUS, PS

齿轮的类型 : 斜齿齿轮
斜齿齿轮
传动效率 (%) – 98.0−99.5
KHK 标准齿轮 – KHG, SH

齿轮的类型 : 齿条‧斜齿齿条
齿条‧斜齿齿条
传动效率 (%) – 98.0−99.5
KHK 标准齿轮 – KRG(F)(D), SRFD, SUR(F)(D), PR(F), KRHG(F)

齿轮的类型 : 内齿轮
内齿轮
传动效率 (%) – 98.0−99.5
KHK 标准齿轮 – SI, SIR

齿轮的传动型式 – 相交轴


齿轮的传动型式 – 相交轴

齿轮的类型 : 等比伞形齿轮
等比伞形齿轮
传动效率 (%) – 98.0−99.0
KHK 标准齿轮 – MMSG, SMSG, MM, SUM, PM

齿轮的类型 : 直齿伞形齿轮
直齿伞形齿轮
传动效率 (%) – 98.0−99.0
KHK 标准齿轮 – SB and SBY, SB, SUB, PB, DB

齿轮的类型 : 弧齿伞形齿轮
弧齿伞形齿轮
传动效率 (%) – 98.0−99.0
KHK 标准齿轮 – MBSG, SBSG, MBSA(B), SBS

齿轮的传动型式 – 交错轴


齿轮的传动型式 – 交错轴

齿轮的类型 : 交错轴斜齿轮
交错轴斜齿轮
传动效率 (%) – 70.0−95.0
KHK 标准齿轮 – SN, SUN, AN, PN

齿轮的类型 : 蜗杆蜗轮
蜗杆 蜗轮
传动效率 (%) – 30.0−90.0
KHK 标准齿轮 – KWGDL(S) & AGDL, KWG & AGF, SWG & AG, SW & BG and CG, SW & PG

齿轮传动机构根据齿轮啮合时齿轮轴的相对位置大体上被分为三种类型。在这里,我们将向您介绍齿轮的使用方法,特征及注意点。

1-1 平行轴齿轮

因为两个齿轮的轴线平行,所以称为「平行轴」。平行轴齿轮传动机构中一般使用正齿轮,斜齿齿轮,内齿轮。上述类型的齿轮是使用范围及用途最为广泛的齿轮。

正齿轮(Spur gears)

正齿轮的齿线为直线。是在平行的两轴之间做旋转运动传递动力的圆柱齿轮。因为易于加工,所以广泛所以在动力传动上。

传动比

请看图(1.1)所示的单对齿轮传动示意图。两个齿轮的旋转方向相反。齿轮 1 右旋时齿轮 2 为左旋。两个齿轮的齿数不同时为变速传动(增速或减速)。齿轮 1 做驱动齿轮时为减速传动。齿轮 2 做驱动齿轮时为增速传动

传动比
= 被动齿轮的齿数 (z2) / 驱动齿轮的齿数 (z1)
= 驱动齿轮的转速 (n1) / 被动齿轮的转速 (n2)
(1.1)

图1.1 正齿轮
图1.1 正齿轮

例题 :
驱动齿轮 1 的齿数为 20 / 转速为 400rpm / 被动齿轮 2 的齿数为 80 的单对齿轮
这个齿轮系的传动比为 80 ÷ 20=4 / 齿轮 2 的转速为 400 ÷ 4=100rpm
例题

斜齿齿轮(Helical gears)

正齿轮的齿线扭曲呈螺旋线状的齿轮是斜齿齿轮。斜齿齿轮比正齿轮承载能力大,噪音低。广泛使用在汽车及产业机械等用途上。

斜齿齿轮啮合传动时的旋转方向及轴向力方向如图 1.2 所示。使用推力轴承抵消轴向力。齿轮的旋转方向与正齿轮的啮合相同。

图 1.2 旋转方向与轴向力方向

图 1.2 旋转方向与轴向力方向

一对齿轮的旋向相反。传动比与正齿轮相同。

二级齿轮传动机构的传动比

齿轮 1 为驱动齿轮时,这个二级齿轮系的传动比 ( i ) 为 :

传动比 ( i )
= z2 / z1 × z4 / z3
= n1 / n2 × n3 / n4
(1.2)

图 1.3 二级齿轮传动机构
图 1.3 二级齿轮传动机构

齿轮 1 与齿轮 4 的旋转方向相同。齿轮 1/2/3/4 的齿数分别为 10/24/12/30,所以这个齿轮机构的减速比为 6。

内齿轮(Internal gears)

与正齿轮啮合,在圆筒的内侧加工有轮齿的齿轮。主要使用在行星齿轮机构及齿轮型联轴器 (Geared type shaft couplings) 等装置中。

传动比

最简单的外齿轮 1(小齿轮)和齿轮 2(内齿轮)的啮合中,外齿轮 1与内齿轮 2 的旋转方向相同。图(1.4)

传动比
= 被动齿轮的齿数 / 驱动齿轮的齿数
(1.3)

图 1.4 正齿轮和内齿轮
图 1.4 正齿轮和内齿轮

行星齿轮机构

构成行星齿轮机构的要素主要有四点。太阳齿轮(A),行星齿轮(B),内齿轮(C),行星支架(D)。下侧的示意图中使用了四个行星齿轮。因为使用了多个齿轮来分担负载,所以可以得到结构比较紧凑的装置。行星齿轮机构中根据固定要素的不同,可以改变传动比及旋转方向。

(a) 行星型
输入轴为太阳齿轮,输出轴为行星支架,内齿轮固定

传动比
= Zc / Za + 1
(1.4)

(b) 太阳型
固定太阳齿轮。

(c) 星型
固定行星齿轮支架。

图 1.5 行星齿轮装置的构造
图 1.5 行星齿轮装置的构造

图 1.6 行星齿机构的类型
图 1.6 行星齿机构的类型

1-2 做直线运动的齿轮

在平行轴传动中,有一种相啮齿轮没有轴线的特殊传动形式,即「直线运动」。将旋转运动改变为直线运动或相反的场合,使用齿条和小齿轮。圆柱齿轮的直径无限大(∞),齿数无穷多时的齿轮被称为齿条。齿条主要使用在输送装置上。

齿条(Racks)

齿条是齿线为直线,与正齿轮啮合的直线齿形的条状齿轮。可以考虑是正齿轮的节圆半径无限大(∞)的齿轮。齿条可以连接起来使用在长距离传动上。

在齿条与小齿轮的啮合中,小齿轮旋转一周的移动距离为节距的齿数倍。节距是两个相邻轮齿与节线交点间的距离。如图 1.7 所示,CP齿条可以简单地达到定位目的。

圖 1.7 CP10 與 M3 的不同
图 1.7 CP10 与 M3 的不同 - 小齿轮旋转一周的移动距离 SS3-30 与 SSCP10-30 的比较

斜齿齿条(Helical Racks)

斜齿齿条是与斜齿轮啮合的直线齿形的条状齿轮。它的齿线倾斜,轮齿呈螺旋形。可以考虑是斜齿齿轮的节圆半径无限大(∞)的齿轮。

因为齿线为螺旋线,所以发生轴向力。旋转方向与轴向力方向示意与图 1.8 中。

图 1.8 旋转方向与轴向力方向
图 1.8 旋转方向与轴向力方向

1-3 相交轴齿轮

在空间的某一点相交的两轴称为「相交轴」。在相交轴之间传递动力和运动的齿轮一般使用伞形齿轮 ( 锥齿轮 )。齿数比为1的伞形齿轮被称为等比伞形齿轮。根据轮齿形状是否弯曲,分类为直齿伞形齿轮与弧齿伞形齿轮。

直齿伞形齿轮(Straight bevel gears)

齿线为直线并与节锥圆的母线一致的锥形齿轮。因为在伞形齿轮中直齿伞形齿轮的加工比较容易,所以广泛使用在动力传动中。

直齿伞形齿轮

弧齿伞形齿轮(Spiral bevel gears)

直齿伞形齿轮的齿线弯曲呈圆弧状的齿轮为弧齿伞形齿轮。虽然比起直齿伞形齿轮的加工难度高,但作为承载能力强。传动噪音低的齿轮应用广泛。

图 1.10 啮合齿面
图 1.10 啮合齿面

传动比

传动比
= 被动齿轮的齿数 / 驱动齿轮的齿数
(1.5)

作用在弧齿伞形齿轮上的轴向力

右图所示为齿数比在 1.57 以上的弧齿伞形齿轮啮合时的旋转方向及推力方向。小齿轮(Pinion)的凸齿面为啮合面时,负方向发生轴向力(推力)。

图 1.11 旋转方向与轴向力方向
图 1.11 旋转方向与轴向力方向

等比伞形齿轮(Straight and Spiral miter gears)

齿数相同的齿轮组合后使用的伞形齿轮被称为等比伞形齿轮。等比伞形齿轮分为直齿等比伞形齿轮及弧齿等比伞形齿轮两种类型。一般的啮合为轴角 90°,在 KHK 标准齿轮中,轴角为 45°/60°/120° 的斜交等比伞形齿轮也列为标准化产品。

作用在弧齿等比伞形齿轮上的轴向力

图 1.12 中示意了弧齿等比伞形齿轮的旋转方向与轴向力(推力)方向。与正向推力相同,负方向发生推力时,需要采取配置轴承等措施。保证能够承受轴向力。

图 1.12 旋转方向与轴向力方向
图 1.12 旋转方向与轴向力方向

斜交等比伞形齿轮与等比伞形齿轮 :
图 1.13 KHK 标准齿轮的轴角

图 1.13 KHK 标准齿轮的轴角

1-4 交错轴齿轮

既不相交,亦不平行的两轴被称为「交错轴」。在交错轴间传递运动及动力的齿轮主要有蜗杆蜗轮及交错轴斜齿轮。这些齿轮是利用齿面间的相对滑动而传递运动及动力。

交错轴斜齿轮(Screw Gears)

它是螺旋角为 45° 的斜齿齿轮。当旋向相同的两个齿轮在交错轴间使用时被称为交错轴斜齿轮,只能使用在较轻负荷的传动中。

右旋(R)及左旋(L)交错轴斜齿轮的啮合中旋转方向和轴向力方向示意于图 1.14 中。

图 1.14 旋转方向与轴向力方向
图 1.14 旋转方向与轴向力方向

被动齿轮 驱动齿轮

传动比

传动比
= 被动齿轮的齿数 / 驱动齿轮的齿数
(1.6)

蜗杆蜗轮(Worms, Worm wheels)

齿形呈螺纹状的蜗杆和轮齿有螺旋角的蜗轮相配啮合的齿轮副被称为蜗杆蜗轮副。广泛使用在传动比大,高扭矩传动等场合。

传动比

传动比
= 蜗轮的齿数 / 蜗杆的头数
(1.7)

右旋(R)及左旋(L)蜗杆蜗轮副啮合传动时旋转方向与轴向力方向如图 1.15 所示。

图 1.15 旋转方向与轴向力方向 图 1.15 旋转方向与轴向力方向
图 1.15 旋转方向与轴向力方向

例题 :
蜗杆的头数 z1 = 2, 蜗轮的齿数 z2 = 40
传动比 = 40 / 2 = 20

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