圆柱齿轮传动

[拼音]：yuanzhu chilun chuandong

[外文]：cylindrical gearing

用于传递平行轴间动力和运动的一种齿轮传动。圆柱齿轮传动的传递功率和速度适用范围大，功率可从小于千分之一瓦到10万千瓦，速度可从极低到 300米／秒。这种传动工作可靠，寿命长，传动效率高（可达0.99以上），结构紧凑，运转维护简单。但加工某些精度很高的齿轮，需要使用专用的或高精度的机床和刀具，因而制造工艺复杂，成本高；而低精度齿轮则常发生噪声和振动，无过载保护作用。

类型

按轮齿与齿轮轴线的相对关系，圆柱齿轮传动可分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动和人字齿圆柱齿轮传动3种。按啮合形式可分为:外啮合齿轮传动，由两个相啮合的外齿轮组成，两轮转向相反；内啮合齿轮传动，由一个内齿轮和一个外齿轮组成，两轮转向相同；齿轮齿条啮合传动，由一个外齿轮和齿条组成，可将齿轮的转动变为齿条的直线运动，而且外齿轮的节圆圆周速度等于齿条的移动速度。

齿廓形成

如图1所示，平面S沿半径为r_b的基圆柱作纯滚动时，其上与基圆柱母线NN平行的某一条直线KK的轨迹所形成的渐开线曲面即渐开线直齿圆柱齿轮的齿面。若直线KK与母线NN成一角度β_b，则所形成的轨迹为一渐开线螺旋面，即渐开线斜齿圆柱齿轮的齿面，β_b为基圆柱上的螺旋角。

啮合特点

由齿廓曲面形成过程可知，渐开线直齿圆柱齿轮啮合时，齿廓曲面的接触线是与轴线平行的直线，在啮合过程中整个齿宽同时进入和退出啮合，轮齿上所受的力也是突然加上或卸掉，故传动平稳性差，冲击和噪声大。渐开线斜齿圆柱齿轮啮合时，齿面的接触线是逐渐由短变长，以后又逐渐由长变短，直至脱离啮合，轮齿上所受的力也是逐渐由小到大，再由大到小，同时啮合的轮齿对数多，故传动较平稳，冲击和噪声小，适用于高速和重载传动。但斜齿圆柱齿轮传动时产生轴向分力F_X(图2)，它由轴和轴承承担。为减小传动时的轴向分力F_X，螺旋角不宜过大，一般取分度圆柱上的螺旋角β＝8°～15°。人字齿圆柱齿轮的一部分齿宽为右螺旋齿，另一部分为左螺旋齿。根据制造方法不同，左、右螺旋齿中间有带退刀槽和不带退刀槽的两种结构。前者可在普通滚齿机上加工，后者需用专用设备加工。人字齿轮除具有斜齿轮的长处外，由于其两部分轮齿的左、右螺旋角大小相等，方向相反，可使轴向力F _X互相抵消；但是制造稍困难些。人字齿圆柱齿轮传动常用于传递大功率、大转矩的重型机械中，其螺旋角可比斜齿轮大些：β＝15°～45°，常用30°左右。

一对渐开线标准直齿轮的正确啮合条件是：两齿轮分度圆上的压力角相等，α₁=α₂=α；模数相等，m₁=m₂=m。斜齿轮除这两个条件外，还应满足：外啮合时两齿轮分度圆柱上的螺旋角大小相等，方向相反，β₁＝-β₂；内啮合时，螺旋角大小相等，方向相同，β₁＝β₂。

主要参数和几何尺寸

齿轮的几何尺寸计算有模数制和径节制两种方法，中国使用模数制。

渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数有:模数m、压力角α、齿数Z、齿顶高系数h奮和径向间隙系数c^*。这 5个参数除齿数Z外，均制订有标准。模数m＝p／π，p为周节，齿轮的径向尺寸都做成模数的倍数，故模数是计算齿轮尺寸的最主要参数。压力角α 通常指齿轮分度圆上的压力角，中国标准规定α＝20°，也允许使用25°压力角。其他国家也有采用14.5°、15°和22.5°等压力角。齿轮的齿高取为模数的倍数，在标准齿轮中取齿顶高h_a=h奮m，齿根高h_f=h_a+c=h奮m+cm。中国标准规定正常齿h奮=1，短齿h奮=0.8；c为径向间隙，c=cm，其作用是为了避免一齿轮的齿顶与另一齿轮的齿底相碰和用以储存润滑油。中国标准规定正常齿c=0.25，短齿c=0.3。

渐开线斜齿圆柱齿轮的主要参数与直齿圆柱齿轮基本相同，但斜齿圆柱齿轮加工时，是沿齿向进刀，故法面参数取为标准值。端面参数与法面参数的关系相应为

脚标t、n相应表示端面和法面的参数。斜齿轮的齿数Z与法面齿形的当量齿数Z_n的关系为Z_n=Z/cos³β。

渐开线外啮合标准直齿圆柱齿轮的主要尺寸（图3）为：分度圆直径d=mZ；齿顶圆直径d_a=d+2h_a；齿根圆直径d_f=d-2h_f。

结构型式

齿顶圆直径较小（d_a<500毫米）时一般用锻造齿轮，有实心和辐板式齿轮等型式。齿根圆直径到键槽的距离小于2～2.5m_n时，应采用轴齿轮结构。齿顶圆直径较大(d_a＞400～600毫米)时可采用铸造齿轮、镶圈齿轮、焊接齿轮，甚至剖切齿轮。剖切齿轮轮辐数和齿数应为双数，在齿间剖分（图4）。