1齿轮设计趋势

齿轮用于大多数类型的机器中。像螺母和螺栓一样，它们是几乎所有机器设计者不时需要的常见机器元件。齿轮已经使用了三千多年，*它们是当前使用的各种机械的重要元素（见附录A）。

齿轮设计是一项非常复杂的艺术。建造更便宜，更安静，更轻，更强大的机械的恒定压力导致齿轮设计的稳定变化。目前对齿轮承载能力了解很多，并且可以使用许多复杂的齿轮加工工艺。

工业化国家都在大学实验室和制造公司从事齿轮研究工作。即使是欠发达国家也在进行一定数量的齿轮数学和特别感兴趣的齿轮应用方面的研究工作。在1981年日本东京的齿轮传动与动力传动国际研讨会上，来自24个国家的代表共发表了162篇论文。在1977年法国巴黎和1978年南斯拉夫杜布罗夫尼克举行的优秀世界齿轮会议之后，1981年更大的东京齿轮会议成为齿轮艺术的高潮。

大多数机器设计师没有时间跟上齿轮设计领域的所有发展。这使得他们很难快速设计出能够与其领域中使用的最佳产品竞争的齿轮。非常需要实用的齿轮设计信息。尽管有大量关于齿轮的公开信息，但齿轮设计师经常发现很难快速找到他们需要的信息。本书旨在帮助齿轮设计师尽可能轻松地获取所需的重要信息。

那些刚开始学习齿轮的人需要从学习一些在齿轮领域具有特殊意义的基本单词开始。表1.1中的术语表旨在给出这些术语的简单定义，因为它们是由齿轮人员理解的。表1.2显示了本章中使用的术语的公制和英制齿轮符号。第5章（表5.1）中的术语表定义了齿轮制造术语。有关英制和公制齿轮命名，请参阅AGMAdagger;标准。

在第2章中，第2.1节简要介绍了一些基础知识。初学者可能会发现它很有帮助

阅读第2.1节和前面提到的表，然后再继续第1章的其余部分。

制造趋势

在深入研究用于计算齿轮尺寸的公式之前，希望简要地概述目前如何在不同的应用中制造和使用齿轮。

用于制造齿轮的方法取决于设计要求，可用的机床，所需的数量，材料成本和传统。在齿轮加工的每个特定领域中，已经建立了某些方法作为制造齿轮的标准方法。这些方法往往会不时发生变化，但该行业的传统往往会成为制约技术发展所带来的突然变化的制动因素。作为一个整体研究齿轮的齿轮设计师可以通过回顾每个领域的制造方法来获得齿轮工作的良好视角。

• • 1. 用于玩具，小工具和机械装置的小型低成本齿轮

存在大量的齿轮工作领域，其中齿应力几乎没有影响。速度很慢，生活要求也不多。几乎任何可以传递旋转运动的齿轮都可以使用。在这种情况下，设计师必须寻找的主要是低成本和高产量。

最简单的齿轮传动类型 - 例如玩具中使用的那些 - 经常使用穿孔齿轮。具有少量齿的小齿轮可以压铸或挤压。如果负载足够轻并且需要安静的操作，则可以使用注塑成型的齿轮和小齿轮。玩具火车的模塑塑料齿轮如图1.1所示。电影放映机，振荡风扇，照相机，收银机和计算器等设备经常需要安静运行的齿轮来传输微不足道的电量。模塑塑料齿轮广泛用于这种情况。但应该说，刚刚提到的设备通常需要精确切割的齿轮，其中负载和速度变得可观。

锌合金，黄铜或铝制的压铸齿轮通常用于制造小型，低成本的齿轮。当齿轮一体地连接到一些其他元件，例如滑轮，凸轮或离合器构件时，该过程特别有利。

齿轮齿和任何附着的特殊轮廓

* DW Dudley出版的“齿轮艺术的演变”（1969年）一书简要回顾了各个时代的齿轮历史。有关达德利的书籍和其他重要参考资料的完整数据，请参阅本书末尾的文献部分。“齿轮艺术的演变”（1969）一书的略微编辑版本可以在附录A中找到。

dagger;AGMA代表美国齿轮制造商协会。

仅通过将部件压铸在精密金属模具中就可以完成所有齿轮的精密加工。如果需要加工其中的所有复杂齿轮元件，目前市场上的许多低成本小配件将非常昂贵。

1

表1.1

术语齿轮术语表，第1章

术语 定义

附录 齿轮齿的径向高度高于节圆。

轴向截面 从长度方向通过齿轮的截面，包含齿轮的轴线。锥齿轮 在圆锥形主体外侧有齿的齿轮（通常在90°轴上使用）。

圆形间距 沿着节圆圈从一个齿轮齿上的点到下一个齿上的相似点的圆形距离。两个齿轮必须具有相同的圆形螺距以相互啮合。当它们啮合时，它们的圆圈将彼此相切。

齿根 齿轮齿的径向高度低于节圆。

直径节距 英国系统中牙齿大小的量度。在单位中，它是每英寸节圆直径的齿数。随着齿的尺寸增加，径向节距减小。直径节距通常在25到1之间。

外齿轮 齿轮外侧有齿的齿轮。面齿轮 气缸末端有齿的齿轮。

齿轮 具有围绕圆周均匀间隔的齿的几何形状。通常，使齿轮与其齿轮啮合。（链轮看起来像一个齿轮，但是用来驱动链条而不是另一个齿轮。）

斜齿轮 带齿的齿轮绕齿轮的主体旋转。

螺旋角 牙齿在长度方向上的倾斜度。（如果螺旋角为0°，齿与齿轮轴平行 - 并且实际上是正齿轮齿。）

内齿轮 在空心圆筒内侧有齿的齿轮。（内齿轮的配合齿轮必须是外齿轮。）

模 公制系统中齿尺寸的量度。在单位中，每齿的节圆直径为毫米。随着齿的尺寸增加，模块也增加。模块通常为1到25。

正常部分 通过齿轮在节圆处垂直于齿的截面。（对于正齿轮，正常截面也是横截面。）

小齿轮 当两个齿轮啮合在一起时，两个齿轮中较小的一个称为小齿轮。较大的称为齿轮。节距直径 齿轮的节圆直径。

压力角 齿轮齿位于齿轮圆位置的斜率。（如果压力角为0°，则齿与齿轮的轴线平行 - 并且实际上是直齿轮齿。）

比 比率是齿轮齿数比的缩写，齿轮齿数比是齿轮上的齿数除以其啮合小齿轮上的齿数。

Spiroid齿轮 一系列齿轮，其齿设计位于斜齿轮，蜗轮齿轮和平面齿轮设计之间的中间区域。Spiroid设计由伊利诺伊州芝加哥伊利诺斯工具厂的Spiroid部门申请专利。

正齿轮 齿轮齿直，平行于旋转轴。横截面 通过垂直于齿轮轴线的齿轮的截面。

整体深度 齿轮齿的总径向高度（整个深度=齿顶 齿根）。

蜗轮 其中一个成员的齿轮缠绕在圆柱形主体上的齿轮，如螺纹。（通常这种称为蜗杆的齿轮，其轴线与蜗轮轴成90°角。）

注：有关齿轮材料的术语，请参阅第4章。有关齿轮制造的术语，请参阅第5章。有关齿轮设计和额定值的详细信息，请参阅第2章和第3章。有关齿轮的简单介绍，请参阅第2章，第2.1节。

金属成形越来越广泛地用作制造小齿轮部件的手段。可以从杆坯切割具有少量齿的小齿轮和齿轮，其中已经在杆中形成冷拔或挤压齿。图1.2显示了一些带有冷拔齿的杆。小蠕虫可能有冷轧线。成形操作倾向于生产具有非常光滑的加工硬化表面的零件。该特征在许多装置中是重要的，其中传动装置中的摩擦损失往往是装置功耗的主要因素。

图1.3显示了用于小型机械的各种冲压和模制齿轮。

• • 1. 电器齿轮

洗衣机，食品搅拌机和风扇等家用电器使用大量小齿轮。因为

竞争，这些齿轮必须只为相对几美分。然而，他们必须足够安静，以适应一个有辨别力的家庭主妇，并且必须能够忍受多年或几乎没有比在工厂给予他们的润滑更多的润滑。

通过传统切割加工的中碳钢齿轮曾是该领域的标准。切割齿轮仍在广泛使用，但切割通常由高速自动机械完成。切割机上的工作人员只需要抬起毛坯托盘并拿走成品零件的托盘。

现代家电越来越多地使用除切割钢齿轮以外的齿轮。图1.4显示了一些来自自动洗衣机的烧结铁齿轮。烧结铁齿轮非常便宜（大批量），运行安静，并且经常磨损少于可比的切齿轮。烧结金属是多孔的并且可以用润滑剂浸渍。它也可能

表1.2

齿轮术语，符号和单元，第1章

公 英语

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