齿轮传动比如何工作|如何工作

你看到齿轮几乎所有有旋转部件的东西。汽车发动机和变速器包含许多齿轮。如果你打开一个录像机看看里面，你会发现里面装满了齿轮。发条，爷爷和摆的时钟包含大量的齿轮，特别是如果他们有铃铛或编钟。你可能有一个电能表在你的房子的一边，如果它有一个透明的盖子，你可以看到它包含10或15年。齿轮无处不在，有引擎和汽车产生旋转运动的

在本期的HowStuffWorks，你将学习齿轮传动比和齿轮系，这样你就会明白所有这些不同的齿轮在做什么。你可能也想阅读一下齿轮是如何工作的要了解更多关于不同种类的齿轮和它们的用途，或者您可以通过访问我们的齿轮传动比图．

内容

让齿轮运转起来
理解传动比的概念
齿轮火车
Gears的其他用途
一个例子

让齿轮运转起来

齿轮通常用于以下四个不同的原因之一:

反转旋转的方向
增加或减少旋转的速度
把旋转运动移动到不同的轴上
使两个轴的旋转保持同步

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上旋转，小齿轮的旋转速度是大齿轮的两倍，并且旋转轴小齿轮的转轴在大齿轮的转轴的右边。

一个齿轮旋转的速度是另一个齿轮的两倍，这是因为齿轮之间的比例齿轮传动比．在这个图中，直径左边齿轮是右边齿轮的两倍。传动比因此是2:1(发音为“二比一”)。如果你看这个图，你可以看到这个比例:大齿轮每转一圈，小齿轮就转两圈。如果两个齿轮的直径相同，它们将以相同的速度旋转，但方向相反。

理解传动比的概念

理解传动比的概念是容易的，如果你理解的概念周长一个圆的。记住，圆的周长等于圆的直径乘以π(圆周率等于3.14159…)因此，如果你有一个直径为1英寸的圆或齿轮，那么这个圆的周长就是3.14159英寸。

假设你有另一个直径为0.635英寸(1.27英寸/ 2)的圆，你用与图中相同的方法滚动它。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相同的4英寸线。这就解释了为什么两个齿轮，一个是另一个的一半大，齿轮比是2:1。当较大的齿轮旋转一次时，较小的齿轮必须旋转两次才能跑完相同的距离。

大多数齿轮你在现实生活中看到的牙齿．牙齿有三个优点:

它们能防止齿轮间打滑。因此，由齿轮连接的轴总是彼此精确同步。
它们使确定精确的传动比成为可能。你只需要数一下这两年的牙齿数量，然后除以。因此，如果一个齿轮有60个齿，另一个有20个齿，当这两个齿轮连接在一起时，传动比是3:1。
这样，两个齿轮在实际直径和周长上的轻微缺陷就无关紧要了。传动比是由牙齿的数量控制，即使直径有点off。

齿轮火车

为了创造大的传动比，齿轮通常连接在一起齿轮火车，如下所示:

右边(紫色)齿轮在火车实际上是由两部分，如图所示。一个小齿轮和一个大齿轮连接在一起，一个在另一个的上面。齿轮传动系通常由多个齿轮组成，如下图所示。

在上面的例子中，紫色齿轮的转动速度是蓝色齿轮的两倍。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。下面所示的齿轮系具有更高的传动比:

在这列火车上，小齿轮的尺寸是大齿轮的五分之一。这意味着，如果你连接紫色齿轮的电机旋转每分钟100转(rpm)，绿色齿轮将以500转/分钟的速度和红色齿轮将以2500转/分钟的速度转动。以同样的方式，你可以在红色齿轮上附加一个2500转的电机，在紫色齿轮上得到100转。如果你能看到你的功率计内部，它是老式的，有五个机械表盘，你会看到五个表盘通过这样的齿轮系相互连接，齿轮的比例是10:1。因为表盘是直接连接在一起的，所以它们会朝相反的方向旋转(你会看到相邻的表盘上的数字是相反的)。

Gears的其他用途

如果你想创造一个高传动比，没有什么比蜗轮．在蜗轮中，螺纹轴与齿轮上的齿啮合。轴每旋转一圈，齿轮就向前移动一个齿。如果齿轮有40个齿，你有一个40:1的齿轮比在一个非常小的包装，如在挡风玻璃刮水器。

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。一个专门的齿轮系被称为a行星齿轮系．行星齿轮解决了以下问题。假设你想要一个6:1的传动比，输入与输出方向相同。创造这种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(给出6:1的比例)。红色齿轮的大小并不重要，因为它只是在那里扭转旋转方向，以便蓝色和黄色齿轮以相同的方式转动。但是，假设您希望输出齿轮的轴与输入齿轮的轴相同。通常需要这种同轴功能的地方是在电动螺丝起子．在这种情况下，您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(齿轮)太阳)啮合所有三个红色齿轮行星同时)。所有三个都连接在一个盘子上行星架)，他们参与内部蓝色齿轮的环)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。输出轴连接到蓝色环形齿轮，行星载体保持静止-这给出了相同的6:1齿轮比。你可以看到一个两级行星齿轮系统的图片电动螺丝刀页面的三级行星齿轮系统喷水灭火系统页面．你也可以在自动变速器中找到行星齿轮系统。

关于行星齿轮组的另一个有趣的事情是，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，哪个齿轮保持不变。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上，我们得到不同的传动比。在这种情况下，行星载体和行星围绕太阳齿轮旋转，所以不是太阳齿轮旋转六次才能让行星载体旋转一圈，而是旋转七次。这是因为行星载体绕太阳齿轮旋转了一次，与它旋转的方向相同，从太阳齿轮上减去了一圈。在这种情况下，我们得到7:1的还原。

你可以重新安排一下，这次把太阳齿轮固定住，把行星载体的输出和输入连接到环形齿轮上。这将给你一个1.17:1齿轮减少。自动变速器使用行星齿轮组来产生不同的传动比，使用离合器和制动带来固定齿轮组的不同部分并改变输入和输出。