齿轮传动比的原理

齿轮通常用于四个不同的原因之一:

您可以在上图中看到效果1、2和3。在这个图中，你可以看到两个齿轮在相反的方向旋转，小齿轮的旋转速度是大齿轮的两倍，而且转动轴小齿轮的转动轴在大齿轮的右侧。

一个齿轮的转速是另一个的两倍，这是因为齿轮之间的比率齿轮传动比．在这个图中直径左边齿轮的数量是右边齿轮的两倍。因此传动比是2:1(发音为“二比一”)。如果你观察这个数字，你可以看到比率:每次大齿轮转一圈，小齿轮转两圈。如果两个齿轮的直径相同，它们就会以相同的速度旋转，但方向相反。

理解齿轮传动比的概念是很容易的，如果你理解的概念周长一个圆。请记住，圆的周长等于圆的直径乘以π(Pi等于3.14159…)因此，如果你有一个直径为1英寸的圆或齿轮，这个圆的周长是3.14159英寸。

下图显示了直径为1.27英寸的圆的周长如何等于4英寸的线性距离:

假设你有另一个直径为0.635英寸(1.27英寸/ 2)的圆，你用同样的方式滚动它。你会发现，因为它的直径是图中圆的一半，它必须完成两个完整的旋转才能覆盖同一条4英寸的线。这就解释了为什么两个齿轮，一个是另一个的一半大，有2:1的传动比。当较大的齿轮旋转一次时，较小的齿轮必须旋转两次以覆盖相同的距离。

大多数齿轮你在现实生活中看到的牙齿．牙齿有三个优点:

为了创造大的齿轮传动比，齿轮通常连接在一起齿轮火车，如图所示:

如上图所示，火车右边(紫色)的齿轮实际上由两部分组成。一个小齿轮和一个大齿轮连接在一起，一个接一个。轮系通常由轮系中的多个齿轮组成，如下两幅图所示。

在上面的例子中，紫色齿轮的转速是蓝色齿轮的两倍。绿色齿轮的转速是紫色齿轮的两倍。红色齿轮的转速是绿色齿轮的两倍。下图所示的轮系具有较高的传动比:

在这列火车上，小齿轮的大小是大齿轮的五分之一。这意味着如果你把紫色齿轮连接到每分钟100转的马达上，绿色齿轮将以每分钟500转的速度旋转，红色齿轮将以每分钟2500转的速度旋转。以同样的方式，你可以将2,500转/分钟的电机连接到红色齿轮上，以获得100转/分钟的紫色齿轮。如果你能看到你的功率表里面是老式的，有五个机械表盘，你会看到这五个表盘是通过这样的齿轮系连接在一起的，齿轮的比例是10:1。因为刻度盘是直接连接在一起的，所以它们会向相反的方向旋转(你会看到刻度盘上的数字是相邻的)。

如果你想创造一个高齿轮传动比，没有什么比蜗轮．在蜗轮中，螺纹轴啮合齿轮上的齿。轴每转一圈，齿轮就向前移动一个齿。如果齿轮有40个齿，你有40:1的齿轮比在一个非常小的包。这里有一个例子挡风玻璃刮水器．

一个机械里程表是另一个使用大量蜗轮的地方:

行星齿轮

还有许多其他使用齿轮的方法。一种专门的齿轮系称为行星轮系．行星齿轮解决了以下问题。假设你想要6比1的传动比输入和输出方向相同。创造这个比率的一种方法是使用以下三齿轮传动系统:

在这列火车中，蓝色齿轮的直径是黄色齿轮的六倍(比例为6:1)。红色齿轮的大小并不重要，因为它只是用来反转旋转方向，这样蓝色和黄色齿轮就会朝着相同的方向转动。然而，假设你想要输出齿轮的轴与输入齿轮的轴相同。需要这种相同轴功能的常见位置是电动螺丝起子．在这种情况下，你可以使用行星齿轮系统，如下所示:

在这个齿轮系统中，黄色齿轮(即太阳)启动所有三个红色齿轮行星同时)。所有三个都连接在一个板上行星架)，他们参与内部蓝色的齿轮环)而不是外面。因为有三个红色齿轮而不是一个，这个齿轮系是非常坚固的。输出轴连接到蓝色环齿轮，行星载体保持静止——这给了同样的6:1齿轮比。你可以看到一张两级行星齿轮系统的图片电动螺丝刀页面，并采用三级行星齿轮系统喷水灭火系统页面．你还可以在里面找到行星齿轮系统自动变速器．

行星齿轮组的另一个有趣之处在于，它们可以产生不同的传动比，这取决于你使用哪个齿轮作为输入，哪个齿轮作为输出，以及你保持哪个不动。例如，如果输入是太阳齿轮，我们保持环齿轮静止，并将输出轴连接到行星载体，我们得到一个不同的齿轮比。在这种情况下，行星载体和行星围绕太阳齿轮运行，所以太阳齿轮要旋转6次，行星载体要旋转7次。这是因为行星载体在旋转时沿同一方向绕太阳齿轮转了一圈，从太阳齿轮减去一圈。在这种情况下，我们得到7:1的减少。

你可以重新安排东西，这一次保持太阳齿轮静止，从行星载体的输出和钩上环形齿轮的输入。这将给你一个1.17:1齿轮减速。一个自动变速器使用行星齿轮组创建不同的齿轮比，使用离合器制动带固定齿轮组的不同部分，改变输入和输出。

想象一下下面的情况:您有两个红色齿轮，您想保持同步，但它们之间有一定的距离。如果你想让它们有相同的旋转方向，你可以在它们之间放置一个大齿轮:

或者你可以使用两个相同大小的齿轮，如果你想他们有相反的旋转方向:

然而，在这两种情况下，额外的齿轮可能是沉重的，你需要为它们创建轴。在这些情况下，常用的解决方案是使用链或者一个齿形带，如图所示:

链条和皮带的优点是重量轻，能够将两个齿轮分开一定的距离，并且能够将许多齿轮连接在同一条链条或皮带上。例如，在a汽车发动机，同样的齿带可能啮合曲轴，二凸轮轴和交流发电机。如果你必须用齿轮代替传送带，那就困难多了。

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最初出版:2000年11月20日