即使不是机械领域的人,对齿轮一定也不陌生,它太常见了,但你对齿轮了解多少?下面我们就聊一聊齿轮的应用及发展史。
齿轮是轮缘上有齿,并能连续啮合传递运动和动力的机械零件。齿轮的种类很多,如图1所示,为齿轮及常见的几种类型。
图1 齿轮
齿轮传动
齿轮通过与其他齿状机械零件(如另一个齿轮、齿条、蜗杆)传动,也就是齿轮轮齿相互扣住,齿轮会带动另一个齿轮转动,来传递动力。将两个齿轮分开,也可以应用链条(图2)、履带、皮带来带动两边的齿轮,而传递动力。两个齿轮互相啮合时,其转动的方向相反,如图3所示。
图3-2 链传动图图3 齿轮传动
齿轮传动是应用最广泛的一种机械传动,可实现改变转速和转矩、改变运动方向和改变运动形式等功能,具有传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点。
齿轮传动的用途很广,是各种机械设备中的重要零部件,如汽车、机床、航空、轮船、农业机械、建筑机械等,日常生活中都要使用各种齿轮传动。图4为常用的3种齿轮传动,图5为齿轮齿条传动,图6为蜗轮蜗杆传动。
图4 齿轮传动
图5 齿轮齿条传动图6 蜗轮蜗杆传动
齿轮传动在我们生活中的应用举例
在我们的日常生活中,齿轮传动的例子很多,比如机械手表、闹钟走时机构、电风扇的摇头机构、空调的摆风机构、自行车的链传动和变速机构、洗衣机的变速机构、汽车的变速机构、机床的变速机构、减速器等,都用到了齿轮传动。
机械表中的齿轮传动
当你打开机械表的后盖时,你就能看到齿轮是怎样进行啮合传动的。图7是机械表走针的传动系统,分针与时针、秒针与分针的传动比均为60,都是通过二级齿轮传动实现的。从秒针到时针,传动比达到3600,只用四级齿轮传动就实现了,结构很紧凑。钟表走时传动路线图为:秒轮2轴→过轮1→分轮3→分轮3轴→过轮5→过轮5轴→时轮4,通过这样四级齿轮传动,传动比高达3600。这个例子说明机械表的多级齿轮传动可获得大的传动比。
图7 机械表中的多级齿轮传动
电风扇的摇头机构
图8为风扇摇头机构的原理模型。它把电动机的转动转变成扇叶的摆动。红色的曲柄与蜗轮固接,蓝色杆为机架,绿色的连架杆与蜗杆(电机轴)固接。电动机带动扇叶转动,蜗杆驱动蜗轮旋转,蜗轮带动曲柄作平面运动,从而完成风扇的摇头(摆动)运动。它使用蜗轮蜗杆传动,目的是降低扇叶的摆