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發(fā)布于：2021-3-10 13:55:53 點(diǎn)擊量：
在遠(yuǎn)古時(shí)代
人類在生活中發(fā)現(xiàn)物體和動物的運(yùn)動方式，有直性遠(yuǎn)動，如水流、動物行走和奔跑、拋出去的石頭；也有圓周遠(yuǎn)動，如原木的滾動、龍卷風(fēng)、水漩渦等。
在蒸汽輪機(jī)發(fā)明之前的冷源動力時(shí)代
人們可持續(xù)的利用原生態(tài)動力幾乎都是直線運(yùn)動，如水力、風(fēng)力、畜力。人們把這些直線運(yùn)動傳遞為直線運(yùn)動很容易，如牛耕田，馬拉木頭，水漂木排。在如何把直線運(yùn)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換為圓周運(yùn)動卻摸索了較長的時(shí)間（也就3000年），如怎樣用水流來推動水車，馬力來拉動馬車。
其實(shí)，水流來推動水車、馬力來拉動馬車，就是最原始的、原生態(tài)的齒輪傳動中的齒輪和齒條形成的一對齒合傳動。當(dāng)然這不是真正的齒輪，而是粗糙表面的相互摩擦，把直線運(yùn)動變成了圓周遠(yuǎn)動。
熱源動力時(shí)代
到蒸汽輪機(jī)發(fā)明后，人們進(jìn)入了熱源動力時(shí)代。熱源動力更容易得到的是圓周運(yùn)動，如蒸汽輪機(jī)、電動機(jī)。如何把圓周運(yùn)動在各零件之間高效的傳遞， 能更好地利用能源？
齒輪幾乎是神一般的解決方式。特別是對方向改變（軸向90度變化）、轉(zhuǎn)動速度的改變（減速機(jī)）的運(yùn)動傳遞，和把圓周運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的運(yùn)動轉(zhuǎn)化，齒輪起著不可替代的作用。在現(xiàn)代的機(jī)電遠(yuǎn)動設(shè)備和交通工具中，幾乎都少不了它。
齒輪既然這么重要，在探討要使用斜齒輪之前，先來了解一下齒輪。
什么是齒輪 ?
齒輪是指輪緣上有齒輪連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動和動力的機(jī)械元件。粗看一眼，和鋸子有些像似。我們來直觀感受一下齒輪是什么樣的，見下圖。
齒輪的起源
齒輪的起源和發(fā)展，有著中、西并進(jìn)的發(fā)展路徑。像其他發(fā)明和科技一樣，在沒有交流的情況下，各自開發(fā)，發(fā)展結(jié)果卻歸一了。
齒輪的運(yùn)用
汽車?yán)锩嬷匾牟考兯傧渚褪遣煌X輪的組合應(yīng)用，從而起著傳動并調(diào)速的作用；你可能見過拆開的機(jī)械表的外殼，里面是很復(fù)雜地齒輪組。而常見的用到齒輪的裝置或設(shè)備有電動玩具小汽車、火車、飛機(jī)、輪船、風(fēng)電風(fēng)車等。
汽車變速箱
那齒輪在這些設(shè)備中到底起什么作用呢？齒輪是能互相嚙合的有齒的機(jī)械零件，它起著傳遞動能和傳遞運(yùn)動的作用。例如火車，動力源是電機(jī)，電機(jī)高速轉(zhuǎn)動，比需要的轉(zhuǎn)速快，就需要減速。齒輪箱接是連接電機(jī)軸和列車軸的部件，它通過與電機(jī)相聯(lián)接小齒輪帶動大齒輪，從而把動能傳遞給列車軸，帶動車輪轉(zhuǎn)動，火車跑起來。并起到降低轉(zhuǎn)速提高扭矩的作用。
齒輪在機(jī)械傳動及整個機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用極其廣泛。它傳動準(zhǔn)確，傳動比恒定，傳遞功率和速度范圍大，傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長。當(dāng)然，齒輪傳動也有缺點(diǎn)，例如噪聲大，不適于長距離傳動，以及制造和裝配要求高等。
齒輪的類型
傳動有不同的形式，例如把轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本�運(yùn)動，把直線運(yùn)動變?yōu)檗D(zhuǎn)動，單純傳遞轉(zhuǎn)動等，還有是傳遞高轉(zhuǎn)速還是大扭矩。這些都需要不同的齒輪和齒輪組合。
齒輪還可按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪；按齒線形狀分為直齒輪、斜齒輪、人字齒輪、曲線齒輪；按輪齒所在的表面分為外齒輪、內(nèi)齒輪；按制造方法可分為鑄造齒輪、切制齒輪、軋制齒輪、燒結(jié)齒輪等。
在這眾多的齒輪中，直齒輪用得最廣泛，用于普通的減速傳動和加速傳動；齒輪齒條用于圓周運(yùn)動和直線運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)換；錐面齒輪用于傳遞空間兩相錯軸之間的運(yùn)動；蝸桿用于大傳動比（也就是加、減速大）的傳動。
這其中很多齒輪的齒是斜的。這是為何？
我們先了解一下齒輪的幾何特征。
其中的齒廓曲面，就是我們說的齒形，齒輪中齒形決定了該齒輪的傳動特性。古代沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)態(tài)度作為基礎(chǔ)，人們只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去生產(chǎn)不同齒形的齒輪。隨著到現(xiàn)代科技的發(fā)展，為了獲得更大的傳動效率，減少摩擦，減少進(jìn)入齒合和退出齒合的沖擊，人們應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)等知識來研究齒輪，設(shè)計(jì)出各種齒形的齒輪，如漸開線齒輪，擺線齒輪，圓弧齒輪等。追求齒輪時(shí)是理論上的點(diǎn)接觸。但這些都是直齒輪的參數(shù)，如果齒輪是斜齒輪，就得還有一個重要參數(shù)螺旋角。
為什么很多齒輪的齒是斜的？
要回答這個問題，我們先了解一下什么是斜齒輪。
斜齒輪它是相對于直齒輪而言的。斜齒輪不是指齒廓面是斜的，而是指齒牙在圓柱面伸展的方向不是平行于基軸的，而是跟基軸形成一個夾角（也叫螺旋角）沿著圓柱面螺旋伸展的。而直齒輪齒牙的伸展是平行于基軸的。斜齒輪的齒廓面一樣可以做成漸開線、擺線、圓弧面等。
而正是斜齒輪螺旋角的存在，使得斜齒輪在傳動過程中擁有了直齒輪不具備的下列優(yōu)點(diǎn)。
嚙合性能好 齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)過程是齒牙周期性地進(jìn)入齒合和退出齒合的過程，直齒輪的進(jìn)入齒合和退出齒合是整條齒合線同時(shí)進(jìn)入同時(shí)退出的，而斜齒輪是齒合線由點(diǎn)接觸開始，齒合線由短到長逐步進(jìn)入齒合的。于是在進(jìn)入和退出過程中， 斜齒輪傳動平穩(wěn)，沖擊、振動和噪聲較小。適合使用在高速傳動中。
重合度大 由于螺旋角的存在，使得斜齒輪的傳動時(shí)，重合度大。通俗點(diǎn)說就是在相同時(shí)間單量里，進(jìn)入齒合狀態(tài)的齒牙多，接觸面大。
例如齒輪傳動系中，若是選用直齒圓柱齒輪，在相互嚙合的一對齒輪中，會有1.5~2.5組齒牙相互貼合。若是選用斜齒輪，一對齒輪副中可以實(shí)現(xiàn)2.5~3.5組齒牙同時(shí)貼合。這樣就能適合大載荷傳動，而且機(jī)構(gòu)緊湊。隨著螺旋角的加大，重合度就會加大。當(dāng)然，過大的螺旋角會帶來軸向力的加大，也就說明不能無限制的加大螺旋角。
傳動精度高（角速度誤差和扭矩誤差） 影響傳動精度的主要是下面三個因素：設(shè)計(jì)誤差、齒距誤差、摩擦力。設(shè)計(jì)誤差和齒距誤差直齒輪和斜齒輪都有，不談。但摩檫力就不同了，直齒輪嚙合時(shí)是直線-直線接觸，摩擦力同向，而斜齒輪嚙合時(shí)是曲線-曲線接觸，因此摩擦力很大一部分會相互抵消，從而消除齒距誤差對精度的影響，斜齒輪摩擦力造成的扭矩波動更小。
正因?yàn)樾饼X輪具有這些優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)遇到傳遞高轉(zhuǎn)速、高載荷，又要求傳動平穩(wěn)、噪音小、空間受限的工況時(shí)，往往會選用斜齒輪。于是，我們會見到很多齒輪是斜的。
但然，事物都由兩面性，由有優(yōu)點(diǎn)就有缺點(diǎn)。
由于螺旋角的存在，斜齒輪嚙合傳動中，從嚙合點(diǎn)開始，齒輪在徑向和軸向都會受力。而直齒輪不存在軸向受力。軸向分力對于齒輪傳動是有害的，它使得裝置之間的摩擦力增大，使裝置易于磨損或損害。而螺旋角越大所產(chǎn)生的軸向力越大。為了不使斜齒輪產(chǎn)生過大的軸向力，設(shè)計(jì)時(shí)一般取螺旋角=8～15。
為了解決斜齒輪的軸向力問題，需要在齒輪軸在基座或其他裝置上固定的時(shí)候，需要使用到推力軸承，以承受從齒輪傳遞到齒輪軸的軸向負(fù)載，或者使用人字齒輪。人字齒輪可以減少軸向分力的影響，但是人字齒輪制造比較麻煩。兩種方法都會增加設(shè)備成本。
齒輪的現(xiàn)狀和未來
齒輪發(fā)展到現(xiàn)在，很多數(shù)學(xué)和物理知識都被應(yīng)用到齒輪設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)基本上已經(jīng)觸碰到了天花板。各種齒輪設(shè)計(jì)基本標(biāo)準(zhǔn)化了。想設(shè)計(jì)出跳躍性革命性進(jìn)步的齒輪，可能性不大。
采用取有效措施，用信息技術(shù)改造提升齒輪制造行業(yè)，如3D打印和使用自動化、智能化設(shè)備，降低成本和能源消耗; 推動計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等在齒輪行業(yè)的應(yīng)用，形成強(qiáng)大的先進(jìn)裝備制造體系等。從而改進(jìn)齒輪產(chǎn)品的精度和經(jīng)濟(jì)效益。開發(fā)新的復(fù)合型齒輪材料，使齒輪更緊湊，更耐用，更潤滑，耐高溫，更輕便才是行業(yè)的發(fā)展方向。
轉(zhuǎn)自-西門子中國
