提升机械效率：电机齿轮箱（专题二）

齿轮传动是一种常见而重要的动力传递方式，广泛应用于各种工业设备和机械系统中。它确保了动力的精确传递、控制和应用。基于我们从上一篇文章中获得的基础知识，该文章强调了电机减速器的重要性及其在减速和扭矩放大中的作用。在本文中，我们将重点介绍齿轮传动的概念、优点和缺点，同时详细介绍四种主要类型：渐开线圆柱齿轮传动、锥齿轮传动、蜗杆传动和轮系。

齿轮传动三个核心概念

齿轮传动的核心在于齿轮之间的啮合，通过这种啮合来传递动力和运动。要深入理解齿轮传动的工作原理，首先需要了解以下三个关键概念：

1. 侧隙（Backlash）：侧隙是指一个齿轮固定时，另一个齿轮的晃动量。侧隙的存在是为了应对齿轮制造精度误差、安装中心距误差、高温膨胀和材料膨胀等因素，以确保齿轮传动在各种情况下不会卡住。

※ 回差与传动链侧隙直接相关，总回差计算公式：

2. 重合度（Contact Ratio）：重合度反映了一对齿轮在运转过程中同时参与啮合的齿对数。重合度越高，表示同时参与啮合的齿对数越多，这有助于减小单个齿所承受的应力，提高传动的安全性和平稳性。

※为了保证齿轮的连续传动，重合度必须ε>1。

3. 滑移率（Slip Ratio）：滑移率反映了一对齿轮在运转中齿面产生的相对滑动程度。滑移率越高，越容易导致齿面磨损和胶合，从而降低传动效率，影响齿轮传动的寿命。

齿轮传动优点和缺点

优点：

• 结构紧凑：齿轮传动的组件通常排列紧凑，适用于有限空间的工程应用。
• 工作可靠：齿轮传动的设计和制造经过精确计算和检验，因此具有高可靠性和卓越的稳定性。
• 效率高：相对于其他传动方式，如皮带传动，齿轮传动通常具有更高的效率，将更多输入功率转化为输出功率。
• 寿命长：齿轮传动通常具有较长的使用寿命，尤其是在适当维护和润滑的情况下。
• 传动比恒定：一旦齿轮传动被设计和制造完成，其传动比保持恒定，不受外部因素的影响，适用于广泛的功率和速度范围。

然而，齿轮传动也有一些缺点：

• 制造安装费用较高：与其他传动方式相比，齿轮传动的制造和安装通常需要更多的成本和工时，包括精确的齿轮加工和对齿轮箱的精确安装。
• 高副接触：在高负载和高速度下，齿轮传动会产生高副接触力，可能导致齿轮表面的磨损和损坏。适当的润滑对于减少这种磨损至关重要。
• 精度低时振动和噪音：如果齿轮传动的制造精度不足，可能会产生振动和噪音，影响机器的性能和工作环境的安静程度。

 四种主要类型的齿轮传动

本文还将深入介绍前两种主要类型的齿轮传动：

渐开线圆柱齿轮传动：这种类型的齿轮传动以渐开线齿轮为特征，具有高重合度和良好的承载能力。它通常用于高精度应用，以减小振动和噪音。

1. 渐开线（Involute）：在渐开线圆柱齿轮传动中，渐开线是一种特殊的齿廓形状。它是一条动直线，当这条线沿着一个固定的圆（基圆）作滚动时，其轨迹称为基圆的一条渐开线。渐开线齿轮的设计具有独特的优势，能够平稳地传递动力，减小振动和噪音。

2. 模数（Module）：模数是一个人为设定的参数，用于确定齿轮的大小。

※  渐开线直齿m_n=m_t，渐开线斜齿m_n=m_tcosβ

※  斜齿具有更大的重合度，但会带来轴向力，人字齿可以解决该问题

3. 根切（Undercutting）：在渐开线齿轮制造过程中，如果齿轮的齿数太少，刀具的齿顶可能会切掉轮齿根部的渐开线齿廓的一部分，这种情况被称为根切。

※  为避免根切，一般要求Z₁+Z₂≥2Z_min=34，小齿轮Z₁可以小于Z_min而采用正变位，可以减小机构尺寸，提高承载力，改善磨损。

4.变位（Profile Shift）：变位是一种改变齿轮齿形的方法，通过调整刀具与被加工齿轮的相对位置来实现。这个技术有多种应用，包括避免齿轮根切、调整齿轮的中心距离以适应不同工况，以及提高齿轮的承载能力。

5. 公法线（Profile Tangent）：公法线是与渐开线齿轮齿廓密切相关的概念。它指的是基圆的切线，该切线必须同时是齿轮齿廓两侧的法线。这个特性对于确保齿轮正常工作非常重要，因为它保证了齿轮的正确啮合。

锥齿轮传动：锥齿轮传动使用锥齿轮，适用于需要传递转矩和运动方向改变的应用。

锥齿轮传动：简单解释两个关键概念

背锥（Hypoid Gear）：背锥是一种特殊类型的锥齿轮，其特点是过两分度圆锥的底圆相切的圆锥。这种齿轮的齿廓向背锥的锥面上投影，形成其近似齿形。通过将背锥展开，可以得到两个平面扇形不完全齿轮，这种设计有助于改善锥齿轮传动的性能。

当量齿数（Equivalent Number of Teeth）：当量齿数是一种计算锥齿轮传动参数的方法，它将背锥近似齿形展开为扇形不完全齿轮，然后将其补全为直齿轮。当量齿数的模数和压力角等于圆锥齿轮大端的模数和压力角。当量齿数的计算方式为 Z_v = Z / cosδ，其中δ表示分度圆锥角。

蜗杆传动：蜗杆传动是一种高效率的传动方式，适用于需要大幅度减速的应用，如机械工业中的搅拌机和输送机。

轮系：轮系是一种复杂的齿轮传动系统，通常包括多个齿轮和轴。它们用于实现复杂的传动比例和运动控制。

总的来说，齿轮传动在机械工程领域发挥着关键作用，其优点包括紧凑结构、高效率和长寿命，但需要精确的制造和维护以确保其性能。理解不同类型的齿轮传动有助于工程师选择适合其应用的最佳传动方式。下篇文章中，我们将仔细讨论蜗杆传动和轮系的概念，同时提供在选型和应用方面的关键建议。