齿轮有许多不同的形状和大小。它们可以结合在一起,并以各种方式用于在机制中创建不同风格的运动。在任何给定的机制中都有各种各样的齿轮名称,但大多数可以分为几个不同的类别(如下所示)。不过,有一点需要注意:术语驱动轴(即与驱动齿轮系统的电机相连的轴,或齿轮啮合内独立齿轮的轴)和齿轮传动比重要的是要记住;下面是后者的一个很好的图表:

上面显示了一个齿轮比计算示例。
在这种情况下,传动比将为3:1。

直齿齿轮

齿轮啮合

当有人提到这个话题时,这些就是人们通常想到的齿轮。正齿轮实际上非常简单,齿轮的轮齿方向与旋转轴的方向相同。

这些齿轮非常容易制造,而且价格低廉,这取决于它们的尺寸和材料每台售价从不足一美元到30美元不等. 显然,大量销售齿轮的网站往往以较低的价格销售,因为批发通常比精选的五金店便宜。一个最好的例子是如何阿里巴巴齿轮的价格往往远低于美国的齿轮Andymark(但质量可能会有所不同)。

一般是齿轮传动比正齿轮的组合范围从1:1到6:1,因为在更高的张力环境或更长的使用时间下,任何更大的压力都会变得不理想。

优势

  • 简单的创建和使用
  • 低成本
  • 可以在几乎任何速度下使用(但随着速度的增加会产生噪声)

缺点

  • 吵闹的
  • 高应力/磨损(因为牙齿非常直)
  • 在控制较长的机构时,通常需要齿轮皮带

斜齿齿轮

斜齿轮啮合

与直齿圆柱齿轮不同,这些齿轮的齿位于其旋转轴的一个角度上。这种安排有几个原因,但其中最重要的两个是为了更高的效率和更持久。这种权衡是在其轴上施加的略大的角应力,因此,工程师使用推力轴承来减少通过这些齿轮运行的轴的磨损。

此外,由于它们的形状稍微复杂一些,因此更难制造,因此在销售时成本更高。这些通常从15美元到200美元左右基于尺寸和材料。

这些齿轮传动比通常也在1:1到6:1之间。

优势

  • 可以管理更高的负载
  • 平滑的
  • 相对安静
  • 比直齿轮更耐用

缺点

  • 在轴轴上引入轴向推力,导致必须安装止推轴承
  • 产生热量

人字齿轮

人字齿轮啮合

人字齿轮有时也被称为双斜齿轮,因为有两条相反的螺旋线形成箭头状的花纹齿。这些齿轮是特殊的,因为相反的螺旋设计导致轴向力相互抵消。这意味着推到固定这些齿轮的轴上的负载要少得多。结果是整体效率更高,磨损/撕裂更少。当然,这也意味着在大多数情况下,它们比斜齿轮更昂贵,通常是3D打印或定制用于商业用途。

这些齿轮的传动比范围为1:1到10:1。

优势

  • 轴没有轴向力
  • 更高的输电能力

缺点

  • 负载必须在配置中均匀分布
  • 制造成本更高

锥齿轮

锥齿轮啮合

伞齿轮是斜切的(Duh!),用于在垂直于一个伞齿轮轴的方向上传递旋转运动。

这些齿轮的范围从周围八至五十元通常是3:2到10:1的传动比。

优势

  • 可以在角度方向上传递运动,而不仅仅是平行于驱动轴
  • 可在高速和高负载下运行

缺点

  • 在设计和制造方面比其他方面更复杂
  • 在齿轮系统的装配中需要更高的精度

齿轮齿条

齿条和小齿轮啮合

它们之所以特别,是因为它们能够将旋转运动转换为往复直线运动。这些齿轮系统通常存在于硬件工具中,如电锯和需要线性运动的机械(如汽车的方向盘)。这些都是一个有点昂贵的一端,从30至100美元+对于齿条齿轮和小齿轮而言,它们只是具有功能齿尺寸的任何直齿轮(因此,其价格范围与直齿轮相同)。

由于明显的原因,这些齿轮没有传动比(从技术上讲,齿条是一个无限直径的齿轮,因为它是直的而不是圆的)

优势

  • 紧凑的
  • 健壮的
  • 旋转到线性运动转换的最简单方法

缺点

  • 吵闹的
  • 高摩擦,因此容易磨损

蜗轮蜗杆

蜗杆与蜗轮啮合

这些齿轮是除了锥齿轮以外的另一种改变运动方向的方法,因为蜗轮的工作几乎像一个钻头,旋转并同时转动与之啮合的蜗轮。这有效地导致一个齿轮垂直于蜗杆轴的运动轴旋转。

这些在附近进来6美元到60美元,再次基于材料和尺寸。这对齿轮可以轻松地达到20:1的传动比。

优势

  • 高还原率
  • 非常有效的啮合
  • 可在旋转方向上自锁和反转,无需太多麻烦
  • 可用于轻松改变速度和扭矩

缺点

  • 接触点热
  • 低效率
  • 高功率损耗

内齿轮

内齿轮啮合

内部齿轮是可怕的,因为他们的牙齿数量。他们是优秀的齿轮减速器,可以看作是基本上倒置的正齿轮,因此具有相同的优点和缺点。不过,它们的价格确实更高,在某些情况下,价格在50美元左右甚至300美元。

虽然它们比其他类型的齿轮更昂贵,但它们的传动比非常大,这就是为什么它们是优秀的齿轮减速材料。

在整个行业的机构中,可以发现这种类型的齿轮嵌入在圆柱形结构中,也可以作为大型齿轮箱。因此,涉及内端面齿轮的机制能够实现大量的扭矩,同时仍然保持良好的操作效率水平。

优势

  • 可包含多个齿轮,使系统更加紧凑
  • 能与内直齿圆柱齿轮啮合吗

缺点

  • 大的规模
  • 比其他类型的齿轮磨损更快

减速机

齿轮减速实质上是两个齿数不等的齿轮的啮合,以达到适合于给定机构的不同程度的速度和扭矩。基本上,如果你拿一个更小的齿轮,例如,10颗牙齿然后把它放在一个连着马达的轴上用一个有100个齿的大齿轮啮合,你有10:1齿轮减速

这将导致速度降低大齿轮输出(因为大齿轮的转速比小齿轮慢10倍),但扭矩更大.这一原理在许多现代机构中被用于解释更大的负载和应力,因为当系统处于更大的应力下时,需要更多的转矩。如果速度和扭矩没有达到正确的平衡,那么系统将遭受滑移、磨损和电气效率低下。这也可能导致机器运转的马达失灵。

转速和扭矩之间的甜蜜平衡对于不同的机器/机构是不同的。一般来说,它可以通过反复测试或数学推导出来。但总有空气阻力、机械缺陷、热损伤等外部因素。因此,作为FRC的学生,在我们的设计中使用数学,然后在我们建造手臂机构或滑轮系统或诸如此类的东西时测试不同的齿轮机构,以确定我们的机器人的实际局限性和能力,这将是理想的。