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圆弧齿轮齿轮与齿条的啮合传动在机械设备中应用非常广泛,齿轮是圆的,而齿条是长的,齿轮的齿形是曲线(渐开线),而齿条的齿形是直线,接触比表示在接触线上有多少齿同时啮合。接触比越大,可传递的力越大,噪音水平越低。
在某些应用中,齿轮齿条是静止的,而小齿轮会横向移动,而在其他一些应用中,当齿轮齿条移动时,小齿轮会在固定轴上旋转。前者广泛用于输送系统,而后者可用于挤出系统和升降应用。
齿轮齿条作为将旋转运动转化为直线运动的机械元件,常被比作滚珠丝杠。使用齿条代替滚珠丝杠有利有弊。齿轮齿条具有机械结构简单、承载能力大、长度不受限制等优点。不过有一个缺点就是反弹。滚珠丝杠副的优点是精度高、侧隙小,缺点是受偏摆的限制。
圆弧齿轮齿条
圆弧齿轮齿条是特殊的齿轮传动,速比关系为:齿轮节圆线速度等于齿条直线运动速度,没有“传动比”,也不是“齿数比”。圆弧齿轮齿条传动时,与啮合情况有关,就是节圆直径的大小,决定了线速度的大小(前提是转速、角速度不变)。
圆弧齿轮齿条用于将旋转运动转换为转动。圆弧齿轮齿条的直齿切入杆的方形或圆形截面的一个表面,并通过小齿轮运行,小齿轮是与圆弧齿轮齿条啮合的小圆柱齿轮。通常,圆弧齿轮齿条和小齿轮统称为“齿条和小齿轮”。有很多方法可以使用齿轮。例如,齿轮与齿条一起旋转平行轴。
圆弧齿轮齿条用于提升机构(垂直运动),水平运动,定位机构,止动器,并允许在一般工业机械的几个轴同步旋转。另一方面,它们也被用于转向系统,以改变汽车的方向。圆弧齿轮齿条式转向系统具有结构简单、刚度高、体积小、重量轻、响应速度快等特点。有了这个机制,小齿轮,安装到转向轴,是与一个转向架啮合传递旋转运动横向(转换成线性运动),可有效控制车轮转速。此外,齿条和小齿轮用于各种其他用途,如玩具和横向滑动门。
圆弧齿轮齿条啮合时的基本原理
圆弧齿轮齿条啮合时由于渐开线齿轮(在圆上滚动一条直线)的齿形的特殊设计,相互滚动的两个渐开线的交点描述了一条直线。这种情况发生在两个齿轮啮合时。然后渐开线齿侧沿直线滑动。这条直线也称为作用线或接合线。该作用线原则上对应于用于构造渐开线齿面的轧制线。
为保证圆弧齿轮和齿条齿面之间的连续动力传递,重要的是确保至少有一对齿始终在接触线上相互啮合。理想地,只要第一对齿还没有离开接触线,第二对齿就已经啮合,即甚至有两对或更多对齿同时接触。因此,圆周力分布在多个齿上,这意味着单个齿负载的减少。这降低了牙齿断裂的风险。
齿轮的运动是转动即圆周运动,而齿条的运动是移动即直线运动。圆弧齿轮作为主传动,与齿条啮合带动齿条及其它部件做直线运动,如普通车床溜板箱沿床身做直线运动、卧式床工作台与滑座在床身上的移动等。
圆弧齿轮齿条啮合时由于渐开线齿轮(在圆上滚动一条直线)的齿形的特殊设计,相互滚动的两个渐开线的交点描述了一条直线。这种情况发生在两个齿轮啮合时。然后渐开线齿侧沿直线滑动。这条直线也称为作用线或接合线。该作用线原则上对应于用于构造渐开线齿面的轧制线。