18新利最新登入齿轮如何工作

作者:卡里姆·尼斯&克里斯汀Hall-Geisler|
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齿轮是任何机械物体的基本部件。matejmo /盖蒂图片社

齿轮被用于大量的机械设备中。最重要的是,它们提供了一个齿轮减速在机动设备中。这是关键,因为通常一个快速旋转的小电机可以为设备提供足够的动力,但还不够转矩,使物体在轴上旋转或扭曲的力。例如,电动螺丝起子有一个非常大的齿轮减速(在旋转机器的速度,如电动机),因为它需要大量的扭矩来旋转螺丝。但是电机在高速时只产生少量的转矩。通过减速器,可以降低输出速度,同时增加扭矩。

齿轮也改变旋转的方向。例如,在汽车后轮之间的差速器中,动力是由一个位于汽车中心的轴传递的,差速器必须将动力旋转90度才能将其应用到车轮上。

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有很多复杂的不同类型的齿轮。在这篇文章中,我们将了解齿轮上的齿是如何工作的,我们将讨论在各种机械小工具18新利最新登入中发现的不同类型的齿轮。

设备基础知识

你可能听说过齿轮传动比,尤其是在汽车方面。的齿轮传动比输入轴转动一次时,输出轴转动的圈数。如果齿轮传动比为2:1,那么较小的齿轮转动两次,而较大的齿轮只转动一次。这也意味着更大的齿轮两倍的牙齿作为较小的齿轮。较大的齿轮被称为“齿轮”,而较小的齿轮也被称为小齿轮

我们能看到的最原始的齿轮类型之一是一个带有木栓的轮子。这种类型的齿轮的问题是,从每个齿轮的中心到接触点的距离随着齿轮的旋转而变化。这意味着齿轮传动比随着齿轮转动而变化,这意味着输出速度也会发生变化。如果你在你的汽车上使用这样的齿轮,就不可能保持恒定的速度——你会不断地加速和减速。

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许多现代齿轮使用一种特殊的齿廓称为齿轮渐开线.这个轮廓有一个非常重要的性质,保持恒定速比之间的两个齿轮。像上面的钉轮,接触点移动,但渐开线齿轮齿的形状补偿这种运动。

现在让我们看看一些不同类型的齿轮。

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直齿圆柱齿轮

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直齿圆柱齿轮

直齿圆柱齿轮是最常见的齿轮类型。它们有直齿,安装在平行轴上。有时,许多正齿轮被用来一次创造非常大的齿轮减量。

正齿轮被用于许多你在HowStuffWorks上看到的设备中,比如电动螺丝刀,18新利最新登入跳舞的怪物振荡喷水灭火发条闹钟洗衣机和干衣机。但你的车里不会有很多。

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这是因为直齿轮可以真的很大声。每当一个齿轮的齿与另一个齿轮的齿啮合时,两个齿就会发生碰撞,这种碰撞就会产生噪音。它还增加了齿轮齿上的应力。

为了减少齿轮的噪音和压力,你车里的大部分齿轮都是螺旋,我们接下来会解释。

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螺旋齿轮

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螺旋齿轮

牙齿在上面螺旋齿轮被削减在一个角度的齿轮的脸。当斜齿轮系统上的两个齿啮合时,接触从齿的一端开始,随着齿轮旋转逐渐增加,直到两个齿完全啮合。

斜齿轮的逐渐啮合使它们比正齿轮更平稳和安静地运行。由于这个原因,斜齿轮被用于几乎所有的汽车变速箱。

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由于斜齿轮上的齿的角度,当它们啮合时,它们在齿轮上产生推力负载。使用斜齿轮的设备有轴承可以支撑推力载荷。

斜齿轮的弯曲齿意味着他们必须是交错,与下一个齿轮的齿向相反的方向,使齿可以啮合。当每个齿轮与平行轴上的另一个齿轮啮合时,称为“右撇子”或“左撇子”。如果齿轮齿的角度是正确的,斜齿轮也可以安装在垂直轴上,调整90度的旋转角度。

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锥齿轮

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螺旋锥齿轮

锥齿轮在需要改变轴的旋转方向时非常有用。他们是锥形通常安装在相隔90度的轴上,但它们也可以设计成其他角度。

锥齿轮上的齿可以螺旋准双曲面.直锥齿轮齿实际上有同样的问题,直直齿轮齿-每一个齿啮合,它影响相应的齿全部在一次。

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就像正齿轮一样,解决这个问题的方法是弯曲齿轮齿。这些螺旋齿啮合就像螺旋齿:接触开始在齿轮的一端,并逐步增加整个齿。

在直线和螺旋锥齿轮,轴必须相互垂直,并在同一平面。如果你要延长两个轴过去的齿轮,他们会相交。的准双曲面齿轮另一方面,可以与不同平面上的轴啮合。

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准双曲面锥齿轮在汽车差速器
18新利最新登入HowStuffWorks

许多汽车都采用了这一功能差异.差速器的环形齿轮和输入小齿轮都是准双曲面。这允许输入小齿轮安装在比环形齿轮的轴低。左边的图显示输入小齿轮啮合差速器的环形齿18新利最新登入轮。由于汽车的传动轴连接到输入小齿轮,这也降低了传动轴。这意味着传动轴不会过多地侵入汽车的乘客舱,为人和货物创造更多的空间。

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蜗杆传动装置

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蜗轮

蜗杆传动装置是圆柱体与螺旋线缠绕在外面,与另一个齿轮啮合,以使它转动。它们用于需要大齿轮减速时。通常,蜗轮齿轮的减速器为20:1,甚至高达300:1或更大。

许多蜗轮有一个有趣的特性,没有其他齿轮组:蜗轮可以很容易地转动齿轮,但齿轮不能转动蜗轮。这是因为蜗杆上的角度是如此的浅,当齿轮试图旋转它,齿轮和蜗杆之间的摩擦保持蜗杆到位。

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这一功能是有用的机器,如输送系统,其中锁定功能可以作为一个制动器的输送时,电机不转动。蜗轮也用于Torsen微分这增加了一些高性能轿车和卡车的扭矩。

齿轮齿条

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齿条(带齿的直条)和小齿轮从家庭规模
18新利最新登入HowStuffWorks

前面我们提到,当两个齿轮啮合时,较小的一个被称为小齿轮。齿条是一根与小齿轮啮合的直齿条。所以你可以想象18新利最新登入齿条和小齿轮用于将旋转转换为线性运动。许多汽车上的转向系统就是一个很好的例子。方向盘转动齿轮,齿轮与齿条啮合。当齿轮转动时,它将齿条向右或向左滑动,这取决于你转动轮子的方式。

齿条和齿轮齿轮也用于一些尺度转动显示体重的刻度盘。

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行星齿轮组和齿轮比

任何行星齿轮组有三个主要组成部分:

  1. 太阳齿轮
  2. 行星齿轮行星在转动航空公司
  3. 环形齿轮

这三个组件中的每一个都可以是输入或输出,或者它们可以保持静止。选择哪个零件发挥哪个作用决定齿轮组的传动比。让我们来看看一个单一的行星齿轮组。

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我们传动装置中的一个行星齿轮组有一个72齿的环形齿轮和一个30齿的太阳齿轮。我们可以得到很多不同的齿轮比出这个齿轮组。

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齿轮组表
18新利最新登入HowStuffWorks

将三个部件中的任何两个锁在一起将以1:1的齿轮减速锁定整个设备。注意,上面列出的第一个齿轮传动比是a减少—输出速率小于输入速率。第二个是超速—输出速度大于输入速度。最后一个还是约简,但输出方向相反。还有几个其他的比率,可以得到这个行星齿轮组,但这些是有关我们的自动变速器。

这一套齿轮可以产生所有这些不同的齿轮比,而不必啮合或脱离任何其他齿轮。有两个这样的齿轮组在一排,我们可以得到尽可能多的前进档位和一个倒车档位作为我们的变速箱需要。我们将把两组齿轮放在一起在下一节。

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渐开线齿轮轮廓的详细信息

在一个渐开线齿廓齿轮齿,接触点开始更接近一个齿轮,随着齿轮旋转,接触点从该齿轮移动到另一个齿轮。如果你跟着接触点走,就会描述一条直线从一个档位开始,到另一个档位结束。这意味着当牙齿接触时,接触点的半径会变大。

节圆直径定义为“螺纹和凹槽宽度相等的假想直径,”据ScienceDirect报道.由于接触直径不是恒定的,节径实际上是平均接触距离。当齿第一次开始啮合时,顶齿轮齿接触下齿轮齿内的节径。但是顶齿轮齿接触下齿轮齿的部分在这一点上很窄。当齿轮转动时,接触点滑到顶部齿轮齿较厚的部分。这推动顶级齿轮前进,所以它补偿略小的接触直径。

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当牙齿继续旋转时,接触点移动得更远,超出了节径-但底部牙齿的轮廓补偿了这种运动。接触点开始滑动到底部齿的狭窄部分,从顶齿轮中减去一点速度,以补偿接触直径的增加。最终的结果是,即使接触点直径不断变化,速度保持不变。因此,一个渐开线齿轮齿产生一个恒比转速

最初发表于2000年11月16日

特色

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