正齿轮综合指南：定义、类型、轮廓、计算和应用
正齿轮是最常见的机械齿轮类型，设计简单。正齿轮的轮廓是什么？它是如何工作的？在这里，我们来了解一下正齿轮的定义、功能、应用、制造、类型、齿形、模数、术语、计算公式、尺寸表以及正齿轮与斜齿轮。
什么是正齿轮？
正齿轮是一种经典的齿轮类型，由具有直的径向突出齿的圆柱体或圆盘组成，这些齿平行于中心旋转轴。正齿轮的齿可以位于圆柱体的外侧或内侧。外齿轮可以与另一个外齿轮或内齿轮啮合。一个内齿轮只能与一个外齿轮啮合。正齿轮因其形状简单且易于制造而被广泛认可。它们的轮毂形状或厚度可能略有不同，但这些差异不会影响齿轮的基本面或齿设计。
正齿轮最显着的特点是它的直齿，可以与另一个正齿轮的齿顺利啮合。这种设计确保平行轴之间高效可靠的动力传输。由于正齿轮仅与平行轴一起工作，因此在运行过程中不会产生任何轴向推力。齿廓通常是渐开线曲线，这有助于在齿轮旋转时保持恒定的速比。正齿轮通常由钢、黄铜、青铜或塑料等材料制成，可以进行硬化处理以增强强度和耐用性。
正齿轮有什么作用？
从功能上讲，正齿轮在两个平行轴之间传递机械运动和动力。通过一个齿轮的直齿与另一个齿轮的直齿啮合（具有相同的节距和压力角），正齿轮可以有效地传递旋转运动，从而控制系统内的速度、扭矩和功率。根据其尺寸和布置，正齿轮可以提高或降低旋转速度并相应地调整扭矩。
正齿轮的应用和用途
正齿轮因其简单性、成本效益和可靠性而广泛应用于各个行业，包括汽车、工业机械和消费品。例如，在车辆变速器中，正齿轮有助于将动力从发动机传输到车轮，从而实现运动。其均匀的齿载荷分布可实现平稳运行和较长的使用寿命。此外，正齿轮可以定制不同的齿形和尺寸，以满足特定的应用需求。
正齿轮制造工艺和材料
- 滚齿：这是切削外直齿轮齿的最常见方法。当齿轮毛坯和滚刀同步旋转时，称为滚刀的旋转圆柱形刀具逐渐切削齿轮齿。滚齿可有效地创建精确的齿形。
- 成型：齿轮成型使用形状像齿轮的往复式刀具在毛坯上切出齿。它对于内齿轮或具有特殊轮廓的齿轮特别有用。
- 刨削：刨削涉及齿条形刀具，该刀具靠着旋转的齿轮毛坯线性移动以切削齿。它不太常见，但用于特定的齿轮尺寸和形状。
- 拉削：此技术主要用于切削内齿轮齿。将具有逐渐变大的齿的拉刀刀具拉动或推过齿轮毛坯，从而产生具有光滑表面的精确内部轮廓。
- 铣削：铣削从齿轮毛坯中去除多余的材料，以进行准备或在小批量或定制生产中切削齿轮齿。数控铣床使用旋转刀具来塑造齿轮。
- 钻孔：钻孔用于在齿轮毛坯上加工中心孔或安装孔。
- 去毛刺：切割后，通过机械或手动去毛刺去除轮齿上的毛刺，以确保运行平稳并减少磨损。
就材料而言，碳钢是齿轮制造最常用的 因为它提供了可加工性、耐磨性、强度和成本效益的出色平衡。碳钢有低碳钢、中碳钢和高碳钢等牌号，每种牌号适用于不同的强度和硬度要求。根据应用的不同，合金钢、黄铜、青铜或塑料等其他材料也可用于制造正齿轮。
不同类型的正齿轮
正齿轮的主要类别有外啮合齿轮和内啮合齿轮。还有其他类型的用于特定用途的正齿轮，如消隙、销毂、齿条和小齿轮、销毂、分体毂等。
1.外直齿轮
外直齿轮是最常见和最简单的类型，在圆柱齿轮的外表面上切有直齿。这些齿轮与其他外直齿轮啮合，在平行轴之间传递旋转运动，齿轮沿相反方向旋转。它们简单的设计使其高效且易于制造，这就是为什么它们被应用于许多行业的无数变速箱、电机、定时器和减速器中。
2.内正齿轮
内直齿轮的齿刻在圆柱环的内表面上。这些齿轮与较小的外齿轮啮合，导致两个齿轮沿相同方向旋转。这种配置通常用于空间有限的紧凑型行星齿轮系统和专用驱动器中。内部正齿轮可提供平稳的扭矩传输，常见于紧凑型齿轮减速器和计时装置中。
3.消隙正齿轮
消隙正齿轮旨在最大限度地减少啮合齿轮之间的游隙或齿隙。通常需要齿隙来允许齿偏转、热膨胀、齿形误差的容差以及适当的润滑。然而，在需要高精度的应用中，最小到零间隙非常重要。齿轮制造商开发了消隙齿轮来满足这些需求，根据负载要求调整齿隙量。对于正齿轮，可通过重叠并稍微移动两个相同的齿轮来控制齿厚来实现可调节的齿隙。这些齿轮很常用，是减少低扭矩齿轮系误差的经济有效的方法。
消隙正齿轮通常由并排安装在轴上并通过弹簧连接的两个正齿轮组成。弹簧将齿轮相互拉动，对配合齿轮产生“夹紧”效果。这种夹紧运动可以补偿间隙，从而在安装时显着减少间隙。消隙齿轮设计的精度使其适用于航空航天、机器人和高精度机械等行业。例如，高精度望远镜利用消隙齿轮，通过消除可能扭曲定位的齿轮间隙来确保精度。
4. 正齿轮齿条和小齿轮
齿条和小齿轮系统将圆柱正齿轮（小齿轮）与线性齿条相结合，将旋转运动转换为线性运动，反之亦然。该设置在转向系统、数控机床和机械执行器中非常有用，可提供精确的线性定位并提高动力传输效率。齿轮齿条驱动器用于汽车转向、机器人、电梯和工业自动化。
正齿轮齿形和术语计算公式
多个参数决定了正齿轮的轮廓或形状，包括节距（模数/径节距）、压力角、齿数等。从侧面看，齿面是直的并且与轴线平行。正齿轮齿形的类型有渐开线和摆线。
- 渐开线齿形正齿轮是最常见的，在现代工业中应用广泛。齿轮工作时压力角保持不变。它之所以受到青睐，是因为它的形状可以确保齿轮之间平稳一致的运动传递，即使齿轮之间的中心距离略有变化。渐开线曲线是通过从圆上松开拉紧的弦而生成的，这种形状有助于在齿轮旋转过程中保持恒定的压力角。渐开线齿轮也比摆线齿轮更容易制造。
- 摆线齿形正齿轮是一种较旧的设计，通常用于较旧或专用的设备中。其压力角在运行过程中始终在变化。摆线齿形是基于滚动圆圆周上一点所描绘的路径，这与渐开线曲线不同。虽然摆线齿轮很有效，但它们对齿轮之间中心距的轻微变化更敏感，而且它们的制造通常更复杂。
正齿轮齿形图
P：径节
D:节圆直径 节圆直径 (D)齿啮合的节圆直径D =N / DPD:节圆直径
N：齿数
DP:径节径节距 (DP) 每单位节圆直径的齿数 DP =N / DDP:径节节距
N：齿数
D:节圆压力角 (α) 齿面与节圆切线之间的角度通常为 20°（常用值）α:压力角模数 (m) 公制齿轮尺寸参数定义齿尺寸 m =D / Nm:模数
D：节圆直径（毫米）
N：齿数参考直径 (d)齿轮设计计算中使用的直径 与模数、中心距、压力角相关：参考直径面宽 / 齿高 (h) 齿轮齿沿旋转轴的宽度 h =ha + hfh：面宽 / 齿高
哈：附录
hf:齿根齿顶 (ha) 节圆上方齿的高度ha =mha:齿顶
m：模数齿根 (hf)节圆下方的齿深hf =1.25 × mhf：齿根
m:模数中心距 (C) 两个啮合齿轮中心之间的距离C =(N₁ + N2) / (2 × DP)C:中心距
N₁：驱动齿轮上的齿
N2：从动齿轮上的齿
DP:径节主动齿轮上的齿数 (N₁) 主动齿轮（输入齿轮）上的齿数用于齿轮比和中心距计算 N₁:主动齿轮上的齿数 配合齿轮上的齿数 (N2) 配合（从动）齿轮上的齿数 N2 =(N₁ × R) / S2N2:配合齿轮上的齿数
N₁：驱动齿轮上的齿
R：齿轮比
S2：所需输出速度齿轮比 (mG)从动轮齿与主动轮齿之比 mG =N2 / N₁mG：齿轮比
N2：从动齿轮上的齿
N₁：驱动齿轮齿输入速度 (S₁)驱动齿轮转速 (RPM)S₁ =(S2 / mG) × (N2 / N₁)S₁：输入速度
S2：输出速度
mG：齿轮比
N₁、N2：主动齿轮和从动齿轮上的齿所需输出速度 (S2)从动齿轮所需的转速 (RPM)S2 =(S₁ × mG) / 60S2：输出速度
S₁：输入速度
mG：齿轮比
60:时间换算系数（秒到分钟）外径 (DO) 齿轮总直径，包括全齿高DO =(N + 2) / DPDO:外径
N：齿数
DP：径节齿强度 (S)齿承受外力而不失效的能力S =(Y × K × Wt) / FOSS：齿强度
Y：路易斯形状系数（基于齿形）
K：几何系数
Wt：齿上的切向力
FOS：安全系数
正齿轮尺寸和模数
该模块主要测量每个齿轮相对于节圆直径的尺寸。该模数直接指示齿轮齿的尺寸和厚度。较大的模数意味着更大的齿和更大的整体齿轮，而较小的模数意味着更小的齿和更紧凑的齿轮。两个齿轮必须具有相同的模数才能正确啮合。如果齿轮具有不同的模数，则它们的齿将无法正确装配在一起，从而导致机械故障。标准模块可以确保齿轮正确啮合而不会发生干扰，并允许世界各地的制造商生产兼容的齿轮。
正齿轮模数（表示为 m）是通过齿轮的节圆直径 (d) 除以齿数 (z) 计算得出的。节圆是一个假想的圆，穿过齿轮有效啮合的轮齿。例如，节圆直径为 100 毫米、齿数为 20 的正齿轮的模数为 5 (100 / 20 =5 毫米)。这意味着每个齿对应于节圆直径的 5 毫米段。
正齿轮尺寸表
实际齿轮尺寸需要设计者根据标准齿廓参数、所选模数、齿数计算出来。以下是两个正齿轮尺寸表，供实际生产时参考。
1.0 Mod 正齿轮尺寸表
目录号中的字母“A”和“B”。表示齿轮类型，A型齿轮1模宽度为25mm，B型齿轮1模宽度为15mm。
<头>1.5 Mod 正齿轮尺寸表
1.5模的A型齿轮宽度为30mm，1.5模的B型齿轮宽度为17mm。
<头>正齿轮与斜齿轮：有什么区别？
正齿轮和斜齿轮在工业应用中都很常见。它们之间的实际区别是什么？
- 牙齿设计
正齿轮具有平行于旋转轴线的直齿，因此当两个齿轮啮合时，齿将沿一条线同时啮合。相比之下，斜齿轮的齿以一定角度切割，在齿轮周围形成螺旋形状。这种成角度的齿设计使齿能够从一端逐渐啮合到另一端。 - 联系方式
两种齿轮类型之间的齿接触方式存在显着差异。正齿轮具有线接触，一对齿一次啮合，从而对齿造成突然的冲击力和更高的应力。然而，斜齿轮由于其有角度的齿而保持多个齿同时接触。 - 轴向推力
由于正齿轮齿是直的并且沿单个平面啮合，因此它们不会产生任何轴向推力（沿轴的轴线的力）。斜齿轮在旋转过程中当齿彼此滑动时会产生轴向力。这种轴向推力需要在轴上提供额外的支撑，例如止推轴承，以防止不必要的轴移动并确保平稳运行。 - 噪音和振动
正齿轮往往会产生更多的噪音和振动。斜齿轮运转更加安静、平稳。这使得斜齿轮更适用于注重降噪的应用，例如汽车变速器。 - 承重
斜齿轮通常比正齿轮具有更高的承载能力。斜齿轮的斜齿在配合齿轮之间产生更多的表面接触面积，从而将负载分布在多个齿上。这可以减少磨损并延长齿轮寿命。正齿轮在较少的齿上承受载荷，这会导致重载荷下更高的磨损。 - 速度性能
斜齿轮可以处理更高的扭矩，并在更快的转速下保持更安静的运行。正齿轮虽然能够在中速下保持高效率，但在高速运行时会产生更大的噪音、振动和磨损。 - 制造复杂性和成本
正齿轮设计更简单，更容易制造。这意味着更低的生产成本和更容易的维护。斜齿轮需要更复杂的制造工艺，包括精确的角度切割和三维运动，从而增加了成本。 - 应用和轴方向
正齿轮主要用于在钟表、洗衣机和传送带等更简单、低速的应用中传输平行轴之间的运动。斜齿轮也可用于平行轴，但也允许交叉轴或非平行轴之间的传动。这种多功能性使斜齿轮适用于汽车变速器、航空航天、发电厂和船舶推进系统。 - 接触率
重合度是齿轮啮合期间有多少齿接触的量度。正齿轮的重合度通常在 1.2 到 1.6 之间，这意味着通常一次只有一个齿完全啮合。斜齿轮具有较高的重合度，通常超过 2。这种较高的重合度有助于更平稳的动力传输和更少的振动。 - 效率
正齿轮可提供非常高的效率，特别是在更简单的中速应用中，最大限度地减少摩擦和轴向力是关键，通常可以达到 98-99% 的效率。由于滑动和轴向推力，斜齿轮的效率稍低，通常为 95% 到 98%，但具有其他优点，可以证明其较小的效率损失是合理的。
工业技术
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