齒輪傳動：基本原理與常見類型解析

齒輪，作為傳遞動力和運動的精密元件，其歷史幾乎與人類機械文明同步。通過齒與齒的嚙合，它能準確傳遞空間任意軸間的運動和轉矩，是現代工業設備的核心傳動部件。

齒輪傳動的基本原理源于線速度相等的杠桿定律。兩個齒輪在分度圓處嚙合，主動輪推動從動輪，其瞬時傳動比恒定，確保了運動的平穩性與準確性。這一特性使其在精度要求高的場合，如機床、汽車變速箱中，具有不可替代的地位。

根據兩軸相對位置的不同，齒輪可分為幾種主要類型：

1. 圓柱齒輪：用于兩平行軸之間的傳動。這是常見的形式，可分為：

   • 直齒輪：齒線平行于軸線，加工簡單，成本較低，但在高速運行時易產生沖擊和噪音。

   • 斜齒輪：齒線為螺旋線，嚙合過程是漸進式的，重合度大，傳動平穩，噪音小，可承受更大載荷，但會產生軸向力，需用推力軸承來平衡。

2. 錐齒輪：用于兩相交軸之間的傳動，通常兩軸相交成90度。其齒形分布在圓錐面上，能將運動方向在一個平面內改變，廣泛應用于汽車后橋差速器、機床換向機構中。

3. 蝸輪蝸桿：用于空間兩交錯軸間的傳動，通常交錯角為90度。其主要特點是能實現很大的單級傳動比（可達幾十至上百），傳動平穩無聲，且當蝸桿導程角較小時，機構具有自鎖性，即只能由蝸桿帶動蝸輪，反之則卡死。此特性常用于提升機構中作為安全保證。

每種齒輪類型都有其獨特的性能特點和適用場景。設計者的任務是根據傳遞的功率、轉速、傳動比、空間布局以及噪音振動要求，選擇合適的齒輪類型與參數，實現高效、可靠的動力傳遞。