齿轮知识大全

齿状有许多种类,依照齿轮轴性区分,有平行轴(parallel axis),直交轴(intersecting axis),错交轴

(non-parallel and non-intersecting axis)

1.决定齿轮要传递多少的功率P

2.两配合的齿轮转速为何？N1, N2

3.算出速度比（velocity ratio）VR = N1 /N2

4.查表得模数大小（m），并使用最小且可能的齿数N 代入式子去试验

5.用速度比和pinion 齿数来决定gear 的齿数N= VR×N1

6.由上可求得节圆直径D1 = m×N 1；D2 = m×N2及中心轴距 C = （D1＋D2）÷2

7.由上条件可计算出法向受力及切线速度Vt

8.考虑齿面宽F 及齿形系数u

9.依据所需的负荷、硬度、弹性系数等机械性质，选择适当的材料

齿轮加工时的特殊用语:

1.齿形修整(tip relief)

齿形修整有齿冠部份之修整及齿根部份之修整两种,大部分是轴类的齿冠修整较普遍使用,且一各国标准及齿轮级数不同,修整量也有不同.

优点是可缓和干扰,降低噪音,增长齿轮寿命.但若修整量过大,将会发生咬合不良.

2.鼓形加工及削端加工

鼓形加工及削端加工都是齿筋方向的修整方法.鼓形加工为使齿面之接触集中在齿幅之中央部位,而将齿筋修整成带有鼓形之状态,若鼓形加工过甚,对齿轮强度有不良影响.

削端加工为将齿筋之两端轻微倒角,如此可得近似鼓形加工之效果.

3.扫外径及倒角(topping and semi-topping)

以刀具加工齿轮时,顺便将齿轮外径削除称作topping, 此种作法可降低外径偏差,削除齿尖所产生之毛边,增加美观.

加工时将齿顶部份倒角切除,而没切削到外径,称做semi-topping , JIS 及DIN 规范各有不同.

单件齿轮无法传达任何动力,至少要2个以上齿轮咬合一起才能传达动力.

1.一段减速机构

速度传达比:Z1/Z2=N2/N1

Z1:主动齿轮之齿数Z2:被动齿轮之齿数N1:主动齿轮之转数N2:被动齿轮之转数

速度传达比>1 增速齿轮机构

速度传达比<1 减速齿轮机构

速度传达比=1 等速齿轮机构

此外,一段齿轮机构尚有齿条与正齿轮之组合(Rack and Pinion)

2.2段齿轮机构

2段齿轮机够为一段齿轮机构使用两组之情形,

2.3游星齿轮机构

游星齿轮机构,入力轴与出力轴成为同一直线,另配置两个以上之游星齿轮,故可以分担负荷,所以游

星齿轮机构,能缩小减速机的体积.

但游星齿轮机构,结构复杂,加工精度要求高,又有内齿轮干扰问题,这是它的缺点.

模数：表示齿轮轮齿大小的一个指标，一对咬合的齿轮其模数必需一致，否则两齿轮的轮齿规格不同，无法平顺的运转。用文字来解释模数为：节径和齿数的比值，单位通常

为（㎜）,模数通常是用在公制中的，而在英制中，与其相同地位的是径节，亦即齿轮齿

数和节径的比值，在意义上是模数的倒数。单位为（齿／吋）。

模数：ｍ＝Ｄ／Ｎ径节：Ｐd＝Ｎ／Ｄ

节圆：是一个理论圆，一对咬合的齿轮中，其节圆必互切

节径：就是节圆的直径，Ｄ

压力线:两齿轮在接触时，垂直于接触面的方向即是，通常正向负荷是沿压力线的方向传

递。

压力角PA:此为两齿轮节圆公切线和压力线所夹的角，一般的压力角有14.5 度和20度，现今多用20的压力角，以防止干涉的情形发生。

粉末冶金制成的齿轮,设计条件与一般齿轮差不多,

在过去的二年中,AGMA Powder Metallurgy Committee 已经完成了一个新的标准“Powder Metallurgy Gear Specification “这个标准包括齿轮基本的数据,检验数据,量测数据.

在说明此标准的大概内容后,在设计过程中,也要考虑到特殊的齿形及要求:

1.孔的材料说明.

2.有必要时,提供孔径公差.

3.考虑工具的设计,去除齿边缘的毛边.

a.倒角.

b.在齿边预留约0.001”的公差,防止干扰.

4.一些可容许的误差,如在精加工时因振动而引起的缺口,或齿面突起.

5.如果可能,材质的流失也要考虑.

6.在量测过程中,夹治具的原始尺寸.

在经过以上的考虑后,粉末齿轮将能正式上线.

各类型齿形曲线优缺点比较:

齿轮的量测:

一.跨齿厚:用于正齿轮,及小螺旋角的斜齿轮.

如附图,使用齿厚千分卡(Teeth thickness micrometer)跨越Zm齿来测定其跨齿厚Sm.此法所测定之结果等于齿直角圆弧齿厚(Normal circular tooth thickness),与齿直角法向节距(Normal pitch)x(Zm-1)之和.

1.正齿轮:

跨齿厚Sm= M(模数)Cos (压力角){p (Zm(跨齿数)-0.5)+Z Inv }+2c (转位系数)MSina .

2.螺旋齿轮:

跨齿厚:Sm=Mn(齿直角压力角)Cos {p (Zm-0.5)+Z Inv s(轴直角压力角}+2c n

Mn Sin n

二.Overpin的量测:使用于高螺旋角的齿轮,内齿轮的量测.

三.跨三针:使用于蜗杆的量测.

内齿轮切削时的干涉问题:

1.进给干涉:工件齿数与切削刀具齿数相差太少.

2.创成运动中之干涉:因为切削刀具与工件齿数相差太多而造成

Min Dia.

Z1/Z2>1-{(Tanα)/Tanαb)

Z1:刀具Z2:内齿轮

Z1愈大,愈不会渐开线干扰

3.内齿轮摆线干扰(已退刀后干涉)(如图一)

4.进刀干扰(只在进刀时干扰)(如图二)

图一图二

刨齿加工介绍:

刨齿是最常用的齿轮加工方法之一,其应用的范围很广,例如一般的正齿轮,螺旋齿轮,内齿轮,人字齿轮,等皆可用此方法加工.在加装一些特殊量具后,也可以加工面齿轮或者双导程蜗杆.由刨齿加工所生产的齿轮精度相当高.可达JIS齿轮精度3级以上.

刨齿是利用渐开线齿轮的共轭原理,假设刀具为一完全刚性物体(受认何外力皆不变形,而齿轮工件为一完全塑性物体,(其材质受外力即产生塑性活动),两者以一\定转速相咬合旋转.则齿轮工件胚料因应刀具上之齿形而变形.

在实际运用上,刀具除与工件共同旋转外,还沿工件轴线往复运动,来切除齿空部分的材料以形成齿轮,因此刀具齿形因具有切削所需的淘削角与实际齿形略为有差异..

齿轮用语解说图

齿轮用语说明:

1.基准齿条(Standard Rack):只基圆之尺寸,齿形,全齿高,齿冠高及齿厚等尺寸均合乎标准正齿轮

规格之齿条,依其标准齿轮规格所切削出来之齿条称为基准齿条.

2.基准节圆(Standard Pitch Circle):用来决定齿轮各部尺寸的基准圆.为齿数x模数

3.基准节线(Standard Pitch Line):齿条上的一条特定节线或沿此线测定之齿厚,为节距的二分之

一.

4.作用节圆(Action Pitch Circle):一对正齿轮在咬合作用时,各有一相切做滚动的圆.

5.基准节距(Standard Pitch)：以选定的标准节距做基准者,与基准齿条的节距相等.

6.节圆(Pitch Circle):两齿轮连心在线的咬合接触点在各齿轮上留下的轨迹称为节圆.

7.节径Pitch Diameter):节圆直径.

8.全齿高(Whole Depth):齿冠高与齿根高之和.

9.有效齿高(Working Depth):一对正齿轮齿冠高的和.又称工作齿高.

10.齿冠高(Addendum):齿顶圆与节圆半径的差.

11.齿根高(Dedendum):节圆与齿底圆半径的差.

12.齿厚(Tooth Thickness):沿节圆量测的齿厚.

13.齿隙(Backlash):两齿咬合时,齿面与齿面的间隙.

14.齿宽(Face Width):轴径方向的齿轮厚度.

15.齿顶隙(Clearance):两齿咬合时,一齿轮的齿顶圆与另一齿轮底间的空隙.

16.节点(Pitch Point):一对齿轮咬合与节圆相切的点.

17.基圆(Basic Circle):绘制渐开线齿形时作为基础之圆.

18.齿根圆(Dedendum Circle):通过齿根之圆.

19.节距(Pitch):相邻两齿间相对应点的弧线距离.

20.法向节距(Normal Pitch):渐开线齿轮沿特定断面的同一垂线所测得的节距.

齿轮热处理后,Skiving加工介绍:

齿轮切削加工后常做热处理以增加本身的强度.一般热处理后的加工分为,研磨(Grinding)及硬滚(Skiving)

在此先为硬滚(Skiving)刀具做个简单的介绍:

1.硬滚滚齿刀:

(1)一般材质为碳化钨(WC)也就是俗称的Carbide,也有刀体本身是Hss,刀口黏碳化钨刀片.

(2)一般而言,刀口Rack Angle非零度角,大都采取负倾角.

(3)可加工最高硬度HRC55°

2.前加工用滚齿刀:

a.材质大都为Hss.

b.一般而言,刀口为零度角.

c.用于热处理前,软材的加工.齿深为2.35*M

滚刀应注意事项:

1.滚刀刃数多,参与创生的精加工刃数愈多,齿面的误差就越小,但可重磨次数相对变少,可从中

择取最佳值.

2.滚齿刀具负倾角愈大,耐磨耗性愈佳.

3.滚齿刀具孔径尽可能加大,以增加加工时强度.

4.滚齿刀具之导程角,尽可能与被加工工件同旋向,可减少工作台之振动.

Skiving加工之手动对齿

一般而言,可供加工Skiving之机台大都拥有自动对齿的功能,但也有少数机台仍须手动对齿.在此仅对手动对齿做一简单的介绍.

1.移动滚刀至齿宽中央部份.

2.径向移动滚刀至距工件外径5mm处.

3.置白纸于工件齿之下方.

4.以肉眼判断滚刀和工件之相对位置,转动分度齿轮使滚刀刀刃大致对准工件之齿空.

5.以手动将滚刀慢慢移入工件齿空

6.让滚刀转动,以手动将滚刀慢慢以径向向工件移动,待切到工件时为止.

7.滚刀转动中检查左右齿面何者被切削.

8.在将滚刀以反方向径向移出2mm.

9.重复对齿动作,直到两边齿面皆有被均匀切削为止.

加工时应注意事项:

1.有振动时应立即停止轴向进给.

2.工件发热时,注意滚刀之磨耗.

3.切屑以针状而卷而佳.

蜗轮的削鼓形加工:

对蜗轮齿轮而言,削鼓形加工较其它齿轮来的迫切,若蜗轮有做削鼓形加工时,可避免齿轮因装配误差而导致齿面咬合不当之情形.另外可让油料吸入口加大,可让蜗轮在运转时更加顺利.在此介绍削鼓形加工的4种方法:

1.用较大滚刀切削蜗轮:

使用与蜗杆节径相同之滚齿刀所切削出之蜗轮,其削鼓加工为0,经过这种精

密车削后之蜗轮虽有良好之精度,但会产生以下2种问题:

a.没有油料吸入口.

b.若装配上有误差,会造成低劣的齿面咬合情形.

解决的方法为放大滚齿刀之节径,如此则能切削出削鼓形加工之蜗轮,其与

蜗杆间有良好的咬合情形,不会因装配上的小误差而产生不正确的咬合,且

油料吸入口会变大,油膜容易形成.

2.滚齿刀在切齿时上下微量移动.

3.滚齿刀在切齿时左右微量倾斜.

4.使蜗轮蜗杆有不同的压力角,而达到削鼓形加工

齿轮之咬合率(Contact Ratio):

齿轮之咬合率关系到齿轮运转之噪音,振动,强度,转动平稳等重要因素.一般咬合率高之齿轮对,可很平稳的转动.且噪音,振动都很低,效率也较高.

咬合率有正面咬合率(Circular contact ratio),重迭咬合率(Overlap contact ratio).

1.正面咬合率:

正面咬合率系指在转动面,作用在线之咬合长度(Contact length)除以法距(Normal

pitch)Te之值.使正面咬合率增大之方法有三种:

a.减小齿轮之压力角,也可采取负转位齿形.

b.加大齿数:若中心距离没有限制,尽量加大齿数可获得较大的咬合率.若齿数有限制, 则在强度许可之范围下采取小一点的模数使齿数增加.

c.将有效齿深加大

齿轮之噪音对策:

1.制造正确节距之齿轮:

减少单一节距误差及累积节距误差使相互衔接之对方齿轮齿面少被撞击.

仅是节距本身则无方法修整,宜使用精度良好之滚齿机,使用正确之切齿刀具,充份注意研磨修整.

2.进行齿形修整于荷重较大之齿轮:

普通减速齿轮于心轴齿轮进行齿形修整,从动轮则不施行.

齿轮修整量过大则噪音会变大,不加上荷重时噪音大是正常的.

3.于齿冠部份做倒角:

一方面可防止碰伤,一方面不致由对方齿轮搔取润滑油膜而能于衔接齿面做油膜.

4.加大螺旋角:

螺旋齿轮齿直角之端面会比他方端面齿轮接触较强.此乃荷重而令齿轮弯曲的原因.加大螺旋角也可增加接触比.

5.变更主动齿轮以及从动齿轮之压力角:

稍微将主动齿轮的压力角变小,于两齿面衔接之终了产生很强的接触,相反地将从动齿轮之压力角增大也会形成同样情形.

齿轮之半径方向,轴方向之振动防止策略

1.同时缩短轴承间之距离,适当的选择粗的轴径,减少轴变形.

2.避免齿轮之悬臂支持,不得已将臂长缩短,增大轴径.

3.减少轴承间隙,提高轴承支持台或轴承壁侧之刚性,减少依轴承之振动.

4.于轴承施上适当之润滑,减少轴与轴承间之磨擦力,减少轴方向之作用力.

5.紧密的装配齿轮与轴.

6.避免齿轮自体之共振,以肋等补强.

齿轮之润滑:

齿轮的润滑目的有二种:

1.促进齿间之滑动容易,减低齿面间之动磨擦系数.

1.控制齿面间因各种磨擦所发生之升温,有冷却齿面之功用.

齿轮润滑的发法有三种:

a.黄油润滑法.

b.浸泡式润滑法.

c.强制润滑法(循环给油)

这些方式要视齿轮之使用条适当的选择,选定之基准在于齿轮之周速度及转速.一般在低速采用黄油润滑法,中

速采用浸泡式润滑法,高速采用强制润滑法.

齿轮双齿腹检验简介:

齿轮的检验大都使用检验机(Tester),但因检验的次序繁多,在量产时,显的很不经济,因此发展出一种具综合性,且能代表齿轮的运转状况的检验方式--双齿腹检验.

双齿腹检验是利用一个”Master Gear ”与欲量测的齿轮咬合并转动,利用弹簧的压力,使”Master Gear”去量测齿轮齿隙间的咬合状况,并于两者相互运转时,量取两者间的中心距变化做为误差大小的表示值.

由纪录纸上所纪录的中心距变化,就能轻易的辨别误差的大小,同时也能大略的辨别出误差的原因.

由双齿腹检验可得到:

1.总综合误差:纪录纸上最高与最低点的差.

2.邻接误差:纪录纸上齿与齿间的误差.

由齿的接触面看齿轮误差之原因与对策:

齿的接触齿面原因对策

齿冠或齿根接触

滚齿刀或砂轮压力角不

正确

由压力角误差而产生,修

滚刀或砂轮之压力角

节圆附近接触较多

齿形修整量过大修整量改小

节圆附近接触较少

滚齿刀及研磨砂轮修整

不良

改善修整量

集中于齿中央部份接触

Crowing过大接触面变小

两端不同方向之片面接触

1.滚齿机工作台左不平.

2.齿轮之孔或轴之中心

线倾斜

与正确齿轮接触而成片

面接触.

单面之片面接触

大齿轮轴与小齿轮轴之

平行度不良.

更换齿轮箱.

断续接触

1.滚齿机之主螺杆回转

精度不良.

2.滚齿刀装配或精度不

良.

更换加工机械或滚齿刀.

横纹接触

同上

两面之两方接触

衔接之对方齿轮有蛇行

时.

噪音反复的发生.

蛇行接触

1.加工时工作物装配不

正.

2.齿轮轴倾斜.

检讨装配方法,基准面.

半月形接触

1.衔接之对方齿轮有蛇

行时.

2.加工时工作物装配不

正.

3.齿轮轴倾斜.

1.噪音反复的发生.

2.检讨装配方法,基准面.

两方同方向之片面接触

1.加工时工作台倾斜.

2.齿断面两端大小显著

不同.

左右装配相反.

斜线接触

1.齿轮平行度不良

2.热处理时变形..

检讨平行度及热处理.

如何选择齿轮材料:

齿轮可分为两个主要类别，即运动传递齿轮与动力输送，或称为负荷传递齿轮。作为运动传递用齿轮的材料为非铁类，包括尼龙Delrin Lucite与某些酚树脂，这些齿轮亦可

由金属成，如铜、锌和一些不同等级的黄铜与青铜等。动力传送方面所用的齿轮，这类齿轮的选择一般只限于合金。由于钢与铸铁的范围种类极多且复杂

要求得最佳等级的齿轮材料也实在不是一件简单的事选取材料的选择范围时,则须要再考虑到其它因素。包括:齿轮是经常重负载状况下使用，抑或负载是逐渐增加后再慢慢减小呢?齿轮的轮齿小部是否须有足够的强度以耐弯曲疲劳呢?齿轮的轮齿是否需表面硬

化以耐过度的磨耗呢?齿轮要较深入的热处理硬化，或浅表面硬化已足够，抑或根本就不需要表面硬化呢?

当然，最主要的考虑条件是母材料的成本与加工制程成本。其它尚须加入的额外合金

元素，如镁、镍、铬、钼、钒等都会增加材料的成本。因此，材料的选择必须根据所加入这些合金元素的个别功能，与其对合金机械性能的影响而论。母材合金元素含量与材料或本的完美配合将可使齿轮能忍受整个使用寿命，甚或更长。

一般要考虑到的机械性能包括抗拉强度、降伏强度、伸长率与冲击强度。其它如轮齿

弯曲与接触应力，耐刮伤与耐磨耗等因素，有时也要考虑在内。材料的热处理方式也右许多种可供选择。齿轮的表面硬化也有几种方法，如气体渗碳与渗碳氮化、气体氮化、

盐浴氰化与软氮化。除了氮化与软氮化外，最常利用这些热处理的材料为0.06至0.25%C 的普通低碳钢与合金铜。氮化与软氮化可使用在中碳钢、中碳合金钢、工具钢、多种等级的灰铸铁与延性铸铁(球墨铸铁)等的热处理。

若材料的选择是0.30%C或更高时，则齿轮亦可利用火陷或感应硬化法达到表面硬化。若普通碳钢与合金钢中，碳的含量在0.40%或更高时，则可在中性媒质中加热至沃斯田

铁化温度稍上方淬火后回火。有关齿轮的较新热处理力法有离子氮化、离子渗碳与真空渗碳法等。最后尚须考虑到加工成本。材料须具有切削性.

良好的显微组织，以利切削加工。对钢而言，具有粗波来铁基地与肥粒铁基地的组织，硬度为l50至l90HB时，是最适宜切削加工的。

渐开线栓槽简介:

一般常用的渐开线栓槽有图5所示五种型式:

1.30。压力角

为ASME、SAE、AGMA、ASA各种标准所采用，属短截齿、深50%，最少齿数6齿。

2.45°压力角

齿深也是50%，使用于细节距的渐开线锯齿状栓糟，最粗的节距为Dp=10，且齿数为6。此种齿形通常是多齿数、用于控制分度位置，且轴径可较大，承受更高的负荷。

3.20°压力角

齿深75%，相似于短截齿，若使用于汽车时，齿深为50%。此种齿形的接触状况比前两种好50%，且因齿较深，易于刮齿制造。

4.25。压力角

齿深70%，有足够的渐开线齿形，易于刮齿，比1、2.两种接触状况好40%，比第3.型有较好的自动对心能力。

5.14.5。压力角

齿深30%，此种齿形不能刮齿，也无自动对心的能力，很少使用于可滑动性栓槽。由于此种齿形

的齿深很短，压力角小，故可使用于较大的轴径，破裂应力小，内栓槽的壁厚可较薄，且可有较大的齿顶宽，特别适于固定式且大径配合的栓槽机构。

齿轮刀具制作时,规格需求