齿轮机构

按照一对齿轮传动的传动比是否恒定，齿轮机构可以分为两大类：其一是定传动比齿轮机构，齿轮是圆形的，又称为圆形齿轮机构，是应用最广泛的一种；其二是变传动比齿轮机构，齿轮一般是非圆形的，又称为非圆形齿轮机构，仅在某些特殊机械中适用。

按照一对齿轮在传动时的相对运动是平面运动还是空间运动，圆形齿轮机构又可以分为平面齿轮机构和空间齿轮机构两类。

按照一对齿轮轴线的相互位置关系和齿向，齿轮机构分类如图1所示 ：

工程实际中，对齿轮传动的基本要求之一是传动比保持不变，否则，当主动轮等角速度回转时，从动轮的角速度为变量，从而产生惯性力。这不仅影响齿轮传动的工作精度和平稳性，甚至可能导致轮齿过早失效。齿轮机构的传动比是否恒定，直接取决于两轮齿廓曲线的形状。齿廓啮合基本定律就是研究当齿廓形状符合何种条件时，才能满足这一基本要求。

图2表示一对相互啮合的传动的齿轮。两轮轮齿的齿廓

两啮合齿廓在接触点处的公法线nn与两齿轮连心线

齿轮机构是一种高副机构，在各种机械设备中得到广泛的应用。

齿轮传动属于啮合传动，它的主要优点是：瞬时传动比恒定；适用的圆周速度和功率范围大（速度可达300m/s，功率可从1W~100000kW）；传动效率高（可达0.99）；工作可靠，寿命长（可达10~20年）；结构紧凑。但是齿轮制造比较复杂、需专用设备；精度不高的齿轮，传动时噪声大、振动和冲击大；不适宜远距离两轴之间的传动。

制造齿轮的常用材料主要有：调质钢、渗碳钢、铸钢、合金铸钢、灰铸铁和球墨铸铁。

用于制造齿轮的调质钢的材料牌号有：45#钢、35SiMn、42SiMn、50SiMn、40Cr、35CrMo、42CrMo、37SiMn2MoV、40CrMnMo、40CrNi、38SiMnMo、42CrMo4V。

用于制造齿轮的渗碳钢的材料牌号是：20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、38CrMoAl、17CrNiMo6、12Cr2Ni4、20Cr2Ni4、20CrNi3。

用于制造齿轮的铸钢和合金铸钢的材料牌号有：ZG 310-570、ZG 340-640、ZG 40Mn2、ZG 35SiMn、ZG 42SiMn、ZG 50SiMn、ZG 40Cr、ZG 35CrMo、ZG 35CrMnSi。

用于制造齿轮的灰铸铁和球墨铸铁的材料牌号有：HT250、HT300、HT350、QT500-7、QT600-3、QT700-2、QT800-2、QT1200-1。

凡能按照预订传动比规律相互啮合的一对齿廓称为共轭齿廓。理论上，对于预订的传动比，只要给定任一齿轮的齿廓曲线和中心距，就可以根据齿廓啮合基本定律求出与其啮合传动的另一齿轮上的共轭齿廓曲线。求共轭齿廓的方法很多，下面只对用作图法求共轭齿廓的一种做一简略介绍。

在图3中，已知传动比

在齿轮传动机构的研究、设计和生产中，一般要满足以下两个基本要求：

1、传动平稳——在传动中保持瞬时传动比不变，冲击、振动及噪音尽量小。

2、承载能力大——在尺寸小、重量轻的前提下，要求轮齿的强度高、耐磨性好及寿命长。

不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的一种间歇运动机构，其基本结构形式分为外啮合和内啮合两种。根据不完全齿轮机构的结构特点，当主动轮的有齿部分与从动轮轮齿啮合时，推动从动轮转动；当主动轮的有齿部分与从动轮脱离啮合时，从动轮停歇不动。因此，当主动轮连续转动时，从动轮获得时动时停的间歇运动。

不完全齿轮机构结构简单、工作可靠，但其加工艺较复杂。由于从动轮在运动全过程中并非完全等速，每次转动开始和终止时，角速度有突变，存在刚性冲击，所以不完全齿轮机构一般用于低速、轻载的工作场合，如在自动机床和半自动机床中用于工作台的间歇转位机构、间歇进给机构及计数机构等。

不完全齿轮机构的主动轮上的齿是不完整的，通常只有一个或几个齿，从动轮上具有若干个正常轮齿及锁止弧。当主动轮连续转动时，从动轮作间歇运动。在不同的完全齿轮机构中，主动轮每转1r，从动轮转动的全数也不一样，取决于主动轮与从动轮转速与转动半径等，从动轮转1r停歇也与主动轮转速与转动半径有关。停歇时从动轮上的锁止弧与主动轮上的锁止弧密合，保证了从动轮停歇在确定的位置上而不发生游动现象。

不完全齿轮机构设计灵活，当主动轮等速转动一周时，从动轮停歇的次数、每次停歇的时间及每次转过角度都很容易在较大范围内实现；在不完全齿轮机构设计过程中，为了保证主动轮的首齿能够不与从动轮的齿顶相撞，进而顺利进入啮合状态，主动轮的首齿齿顶高会被做适当削减。同时，为了保证从动轮停歇在预定位置，主动轮的末齿齿顶高也会被适当修正。在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上作出与主动轮相啮合的轮齿。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止圆弧定位使从动轮静止。