齿轮的工作原理

在任何设备上比是由齿轮中心到接触点的距离决定的。例如，在一个有两个齿轮的装置中，如果一个齿轮的直径是另一个的两倍，这个比例将是2:1。

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变化的齿轮旋转。这意味着齿轮的传动比随着齿轮的转动而改变，这意味着输出速度也会改变。如果你在车里使用这样的齿轮，就不可能保持匀速——你会不停地加速和减速。

许多现代齿轮使用一种特殊的齿廓，称为齿廓渐开线．这一轮廓具有非常重要的性质，保持一个恒定的速比之间的两个齿轮。像上面的钉轮一样，接触点移动;但渐开线齿轮齿的形状补偿这一运动。看到本节获取详细信息。

现在让我们看看一些不同类型的齿轮。

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，许多直齿圆柱齿轮使用一次，以创造非常大的齿轮减速器。

正齿轮在许多设备中使用，你可以看到所有的HowStuffWorks，像电动螺丝起子，跳舞的怪物，振荡喷水灭火，装有发条的闹钟，洗衣机和干衣机．但你在车里找不到很多。

这是因为直齿圆柱齿轮的声音非常大。每次一个齿轮的齿与另一个齿轮上的齿啮合时，齿碰撞，这种碰撞产生噪音。它也增加了齿轮齿上的应力。

为了减少齿轮的噪音和压力，你车中的大多数齿轮都是这样的螺旋．

牙齿上螺旋齿轮被切割在一个角度的齿轮的面。当斜齿轮系统上的两个齿啮合时，接触从齿的一端开始，随着齿轮的旋转逐渐扩展，直到两个齿完全啮合。

这种渐进式啮合使斜齿轮操作更平稳和安静比直齿圆柱齿轮。由于这个原因，几乎所有的汽车都使用斜齿轮传输．

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荷。使用螺旋齿轮的设备有轴承可以承受这个推力负荷。

关于斜齿轮的一个有趣的事情是，如果齿轮的角度是正确的，他们可以安装在垂直轴，调整旋转角度90度。

锥齿轮当需要改变轴的转动方向时，是很有用的。他们通常安装在轴是90度分开，但也可以设计在其他角度工作。

锥齿轮上的齿可以是直，螺旋或准双曲面．直锥齿轮齿实际上有相同的问题直齿直齿-因为每个齿啮合，它影响相应的齿一次。

就像与直齿圆柱齿轮，解决这个问题是曲线的齿轮齿。这些螺旋齿啮合就像螺旋齿:接触开始在齿轮的一端，并逐步蔓延到整个齿。

在直锥齿轮和螺旋锥齿轮，轴必须相互垂直，但他们也必须在同一平面。如果你把这两根轴伸过齿轮，它们就会相交。的准双曲面齿轮，另一方面，可以与不同平面上的轴接合。

许多汽车都使用这个功能差异．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低于环齿轮的轴。图7显示输入小齿轮啮合的差速器的环形齿轮。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侵入到乘客车厢的汽车一样多，使更多的空间为人和货物。

蜗杆传动装置当需要大齿轮减速时使用。常见的蜗轮蜗杆有20:1的削减，甚至高达300:1或更大。

许多蜗轮有一个其他齿轮组没有的有趣的特性: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很浅，当齿轮试图旋转蜗杆时，齿轮和蜗杆之间的摩擦将蜗杆固定在原地。

这一特点是有用的机器，如输送机系统，在其中，锁定功能可以作为一个制动器的输送机时，电机不旋转。蜗轮的另一个有趣的用途是Torsen微分它被用在一些高性能轿车和卡车上。

齿条和小齿轮用于将旋转转换为直线运动。一个很好的例子就是许多汽车上的转向系统。方向盘转动一个啮合齿条的齿轮。当齿轮转动时，齿条会向右或向左滑动，这取决于你转动轮子的方向。

齿条和小齿轮也用于一些尺度转动显示体重的刻度盘。

任何行星齿轮组有三个主要组成部分:

这三个分量中的每一个都可以是输入，输出或者保持静止。选择哪个部件起哪个作用决定了齿轮组的传动比。让我们来看看单个行星齿轮组。

其中一个行星齿轮组有72个齿的环形齿轮和30个齿的太阳齿轮。我们可以从这个齿轮组得到很多不同的齿轮比。

同时，将三个部件中的任何两个锁在一起将以1:1的齿轮减速锁住整个装置。注意，上面列出的第一个齿轮传动比是a减少——输出速度比输入速度慢。第二种是超速——输出速度比输入速度快。最后是再次减少，但输出方向相反。还有一些其他的比率可以从这个行星齿轮组中得到，但这些是与我们的自动变速器相关的。你可以在下面的动画中尝试一下:

所以这一组齿轮可以产生所有这些不同的传动比而不需要啮合或脱离任何其他齿轮。有两个这样的齿轮组在一排，我们可以得到我们需要的四个前进齿轮和一个倒车齿轮。下一节我们将把这两组齿轮放在一起。

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，接触点从齿轮和向另一个移动。如果你沿着接触点，它会描述一条直线，从一个齿轮附近开始到另一个齿轮附近结束。这意味着当齿啮合时，接触点的半径变大。

的节圆直径为有效接触直径。由于接触直径不是恒定的，节径实际上是平均接触距离。当牙齿第一次开始啮合，上齿轮齿接触内节直径的底部齿轮齿。但是请注意，在这一点上，接触底部齿轮的部分齿轮齿是非常瘦的。当齿轮转动时，接触点滑到顶部齿轮齿的较厚的部分。这推动顶部齿轮前进，所以它弥补了稍小的接触直径。随着轮齿继续旋转，接触点移动得更远，超出了齿节直径，但下齿的轮廓弥补了这种运动。接触点开始滑动到底部齿的皮包骨部分，从顶部齿轮减去一点速度来补偿增加的接触直径。最终的结果是，即使接触点直径不断变化，速度保持不变。所以渐开线齿廓齿轮产生恒定转速比．