斜齿轮和人字齿轮的区别

机器需要持续的电源来执行某些任务。大多数工业机器由机械动力驱动，机械动力以旋转扭矩的形式出现。原动机用于产生转换其他形式能量的机械能；例如，电动机将电能转换为机械能。机械动力传输系统用于将动力从这些原动机传输到机器单元的预定位置。它基本上包括四个驱动器；但是，需要借助其他机械元件来实现不间断的动力传输。齿轮传动、皮带传动、链条传动和绳索传动是四种机械传动装置，可以将运动、扭矩和动力从驱动轴传递到从动轴。这四种驱动器中的每一种都具有不同的功能，因此可以提供优于其他驱动器的特定优势。

齿轮传动是一种啮合型刚性机械传动，适用于小距离动力传输。它可以无任何滑动地传输大功率（正驱动）。根据驱动轴和从动轴的相对方位和齿形，齿轮传动可分为四组——正齿轮、斜齿轮、锥齿轮和蜗轮。正齿轮是最简单的齿轮类型，具有平行于齿轮轴线的直齿，只能在平行轴之间传递动力。虽然斜齿轮也用于平行轴，但齿与齿轮轴线不平行。此处的齿在齿轮毛坯上以螺旋形式切割，保持相同的螺旋角。锥齿轮可以有直齿或螺旋齿，用于相交轴；而蜗轮则用于垂直但不相交的轴。

虽然斜齿轮 与直齿轮相比具有一定的优势，它对轴承施加轴向推力载荷。这种推力负载是有害的并且限制了动力传输能力。此外，它需要昂贵且笨重的轴承来承受径向和轴向载荷。然而，这种推力载荷可以通过使用人字齿轮或双螺旋齿轮来消除。 人字齿轮 ，在齿轮坯的两半中切割齿，保持相同的模数、齿数和螺旋角，但螺旋的方向相反。因此，人字齿轮的每一半产生的推力相等且相反，从而相互抵消。此外，它可以传输相对较高的功率而没有太大问题。斜齿轮和人字齿轮的各种区别如下表所示。

表：斜齿轮和人字齿轮的区别

牙齿轮廓： 斜齿轮的齿在节距圆柱上以螺旋线的形式切割。特定的斜齿轮由左旋螺旋齿或右旋螺旋齿组成。在啮合时，左旋斜齿轮只能与右旋斜齿轮配合。另一方面，人字齿轮由单个齿轮单元中的两个螺旋手组成。每个人字齿轮有两个不同的半部——一个半部必须有左旋螺旋齿，另一半应该有右旋螺旋齿。其他特征如节圆直径、模数、齿数、螺旋角和宽度或厚度在两半中将相同；唯一不同的是他们的螺旋手。

推力： 斜齿轮比正齿轮具有许多优点，例如对齿的逐渐加载、振动更小、承载能力更大、使用寿命更长等。主要缺点是推力负载。由于正齿轮的齿是直的并且平行于齿轮轴线，因此一对配对的正齿轮只产生径向载荷。由于齿的螺旋形式，一对配对的斜齿轮会产生径向载荷和轴向载荷。因此，需要更坚固的轴承来同时承受两种类型的负载。人字齿轮可以提供与斜齿轮类似的优点，同时消除推力。在这里，每一半产生的推力相等且相反（因为螺旋的相反手），因此合成推力变为零。因此一对相配的人字齿轮对轴承没有产生轴向推力（只有径向力存在）。

螺旋角： 推力随齿的螺旋角而增加；然而，较高的螺旋角可以显着减少振动和齿磨损并增加承载能力。在斜齿轮的情况下，该推力限制了最大螺旋角。通常它保持在 20 – 25° 之间。然而，人字齿轮没有推力，使用更大的螺旋角，甚至高达45°。

用于安装轴的轴承： 驱动轴和从动轴使用适当的轴承安装在两端。除了支撑轴和保持准确的位置外，轴承还可以消除振动和负载，然后通过框架将它们传递到地面。除非转速非常高，否则通常在齿轮装置中使用滚动接触轴承。滚动接触轴承的种类繁多，有的只适用于径向负荷，有的只适用于轴向负荷，很少能承受径向和推力负荷。例如，深沟球轴承、角接触轴承和圆锥滚子轴承可以同时承受径向载荷和推力载荷。因此，这些轴承可用于斜齿轮装置。另一方面，圆柱滚子轴承可以承受较大的径向载荷，因此可以与人字齿轮单元配合使用。

输电能力： 每个机械传动的基本功能是将机械动力从驱动轴传递到从动轴。不同的驱动器根据尺寸、材料和其他特性提供不同级别的传输容量。虽然斜齿轮的传动能力比类似的直齿轮要高，但它一般不用于重载应用。轴承的推力载荷和可用性在重载应用中施加了限制。人字齿轮和双斜齿轮是此类区域的首选。例如，人字形行星齿轮系（HPGT）可以在采煤机、航空发动机、风力涡轮机等重型机械中观察到。

齿轮制造： 在圆柱齿轮毛坯上切削斜齿并不难；但是，当齿端不存在间隙时，就会出现问题。与直齿轮一样，斜齿轮齿也可用小齿轮式插齿刀切削。滚齿也可用于切削斜齿轮。但在人字齿轮中，左右半部之间不存在后隙。因此，在这个连接处切割齿是相当复杂的，因为存在越过另一半的风险。它需要具有与人字齿轮相匹配的齿槽的专用滚齿刀。还需要保持高度的位置和角度对齐。

本文介绍了斜齿轮和人字齿轮的科学比较。作者还建议您阅读以下参考资料以更好地理解该主题。

1. V. B. Bhandari 的机器元件设计（第四版；McGraw Hill Education）。
2. R. L. Norton 的机器设计（第五版；Pearson Education）。
3. R. S. Khurmi 和 J. K. Gupta 的机器设计教科书（S. Chand；2014 年）。