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即使不是機械領域的人，對齒輪一定也不陌生，它太常見了，但你對齒輪了解多少？下面我們就聊一聊齒輪的應用及發展史。

齒輪是輪緣上有齒，并能連續嚙合傳遞運動和動力的機械零件。齒輪的種類很多，如圖1所示，為齒輪及常見的幾種類型。

圖1 齒輪

齒輪傳動

齒輪通過與其他齒狀機械零件（如另一個齒輪、齒條、蝸桿）傳動，也就是齒輪輪齒相互扣住，齒輪會帶動另一個齒輪轉動，來傳遞動力。將兩個齒輪分開，也可以應用鏈條（圖2）、履帶、皮帶來帶動兩邊的齒輪，而傳遞動力。兩個齒輪互相嚙合時，其轉動的方向相反，如圖3所示。

圖3-2 鏈傳動圖

圖3 齒輪傳動

齒輪傳動是應用最廣泛的一種機械傳動，可實現改變轉速和轉矩、改變運動方向和改變運動形式等功能，具有傳動效率高、傳動比準確、功率范圍大等優點。

齒輪傳動的用途很廣，是各種機械設備中的重要零部件，如汽車、機床、航空、輪船、農業機械、建筑機械等，日常生活中都要使用各種齒輪傳動。圖4為常用的3種齒輪傳動，圖5為齒輪齒條傳動，圖6為蝸輪蝸桿傳動。

圖4 齒輪傳動

圖5 齒輪齒條傳動

圖6 蝸輪蝸桿傳動

齒輪傳動在我們生活中的應用舉例

在我們的日常生活中，齒輪傳動的例子很多，比如機械手表、鬧鐘走時機構、電風扇的搖頭機構、空調的擺風機構、自行車的鏈傳動和變速機構、洗衣機的變速機構、汽車的變速機構、機床的變速機構、減速器等，都用到了齒輪傳動。

機械表中的齒輪傳動

當你打開機械表的后蓋時，你就能看到齒輪是怎樣進行嚙合傳動的。圖7是機械表走針的傳動系統，分針與時針、秒針與分針的傳動比均為60，都是通過二級齒輪傳動實現的。從秒針到時針，傳動比達到3600，只用四級齒輪傳動就實現了，結構很緊湊。鐘表走時傳動路線圖為：秒輪2軸→過輪1→分輪3→分輪3軸→過輪5→過輪5軸→時輪4，通過這樣四級齒輪傳動，傳動比高達3600。這個例子說明機械表的多級齒輪傳動可獲得大的傳動比。

圖7 機械表中的多級齒輪傳動

電風扇的搖頭機構

圖8為風扇搖頭機構的原理模型。它把電動機的轉動轉變成扇葉的擺動。紅色的曲柄與蝸輪固接，藍色桿為機架，綠色的連架桿與蝸桿（電機軸）固接。電動機帶動扇葉轉動，蝸桿驅動蝸輪旋轉，蝸輪帶動曲柄作平面運動，從而完成風扇的搖頭（擺動）運動。它使用蝸輪蝸桿傳動，目的是降低扇葉的擺動速度、模擬自然風。

圖8 電風扇搖頭機構

攪拌機的傳動機構

圖9為行星攪拌機傳動機構。行星攪拌機的傳動機構由減速電動機、主動中心輪（內齒輪）、行星齒輪、固定中心輪、內外嚙合行星輪系、連接器、刀片等零部件組成。

圖9 行星攪拌機傳動機構

行星齒輪攪拌機工作原理：多功能攪拌機集打蛋、碎肉、蔬菜切片等功能為一體，其傳動裝置用來傳遞原動力機的動力，變換其運動方式，以實現攪拌機預定的工作要求，是攪拌機的主要組成部分。傳動裝置采用了行星齒輪傳動，由電動機直接帶動中心輪輸出第一轉速，用于攪拌。經過行星齒輪系傳動，轉臂通過連接器輸出第二轉速，用于碎肉，實現碎肉功能。這種傳動機構，結構簡單緊湊、傳動可靠、工藝合理。

螺旋千斤頂

圖10中自降螺旋千斤頂的螺紋無自鎖作用，裝有制動器棘輪組。放松制動器，重物即可自行快速下降，縮短返程時間，但這種千斤頂構造較為復雜。螺旋千斤頂能長期支持重物，最大起重量可達100噸，應用較廣泛。這種機械千斤頂是手動起重工具之一，其結構緊湊，合理地利用搖桿的擺動，使小齒輪轉動，經一對圓錐齒輪運轉，帶動螺桿旋轉，推動升降套筒，從而使重物上升或下降（圓錐齒輪可以改變力矩的方向，即可以把橫向運動轉為豎直運動）。

圖10 螺旋千斤頂

實現變速傳動

當主動軸的轉速不變時，利用輪系可以使從動軸獲得多種工作轉速，這種傳動稱為變速傳動。汽車、機床、起重機等許多機械都需要變速機構，如圖11所示為變速傳動。

圖11 變速傳動

汽車中的齒輪變速器機構

齒輪變速器也叫定軸式變速器，它由一個外殼、軸線固定的幾根軸和若干個齒輪組成，可實現變速、變矩和改變旋轉方向。

換擋原理：①傳動比變化，即擋位改變；②當動力不能傳到輸出軸，這就是空擋。

變向原理：①相嚙合的一對齒輪旋向相反，每經一轉動副，其軸轉向改變一次；②經兩對齒輪傳動，其輸入軸與輸出軸轉向一致；③如果再加一個倒擋軸，變成三對軸傳遞動力，則輸入軸與輸出軸的轉向相反，如圖12所示。

圖12 齒輪變速器

齒輪傳動在車床中的應用

圖13為CA6140型普通車床主軸傳動系統圖，主運動傳動鏈的功能是把動力源（電動機）的運動經V帶傳給主軸，使主軸帶動工件實現回轉，并使主軸獲得變速和換向。主軸的運動是經過齒輪副傳給軸的，改變齒輪的傳動，從而改變主軸的轉速。要想計算出主軸的轉速，那么必須得知道齒輪的齒數。

圖13 CA6140型普通車床主軸傳動系統圖

實現換向機構

車床走刀絲杠的三星輪換向機構，在主動軸轉向不變的條件下，可改變從動軸的轉向，圖14為三星輪換向機構。

圖14 三星輪換向機構

實現分路傳動

某航空發動機附件傳動系統，它可把發動機主動軸運動分解成六路傳出，帶動附件同時工作。利用輪系可以使一根主動軸帶動若干根從動軸同時轉動，獲得所需的各種轉速。圖15為齒輪分路傳動。

圖15 齒輪分路傳動

實現合成運動或分解運動

合成運動是將兩個輸入運動合成為一個輸出運動；分解運動是將一個輸入運動分解為兩個輸出運動。合成運動和分解運動可用傳動輪系實現。圖16為圓錐齒輪的差動輪系，圖17為汽車后橋上的差速器。

圖3-16 圓錐齒輪的差動輪系