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;这里有一个关于后者的图表:

一个齿轮传动比计算的例子如上所示。
在这种情况下,传动比将是3:1。

直齿圆柱齿轮

齿轮啮合

当有人提到这个话题时,通常会想到这些齿轮。直齿圆柱齿轮真的很简单,齿轮的齿在相同的方向上作为他们旋转的轴。

这些齿轮是非常容易和廉价的制造,并取决于大小和材料他们每件价格从不到1美元到30美元不等.很明显,大量出售齿轮的网站倾向于以较低的价格出售,因为批发通常比精选的五金店便宜。一个最好的例子就是如何阿里巴巴齿轮往往比那些从Andymark(虽然质量可能有所不同)。

一般是齿轮传动比组合正齿轮的范围从1:1到6:1因为任何更大的东西在更高的压力环境下或在更长的使用时间下往往会变得不理想。

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

  • 嘈杂的
  • 高压力/磨损(因为牙齿非常直)
  • 当控制较长的机构时,经常需要齿轮带

螺旋齿轮

螺旋齿轮啮合

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,它们更难制造,因此销售成本更高。这些通常包括15美元到200美元左右根据尺寸和材料。

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
  • 相对安静的
  • 比直齿圆柱齿轮更耐用

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螺旋齿轮,因为有方式有两个相反的螺旋,形成箭状图案的牙齿。这些齿轮是特殊的,因为相反的螺旋设计导致施加的轴向力相互抵消。这意味着有少得多的负荷推到轴上保持这些齿轮。其结果是更高的效率和更少的整体磨损。当然,这也意味着在大多数情况下,这些齿轮比斜齿轮更昂贵,通常是3D打印或定制的商业用途。

这些齿轮可以从1:1到10:1的比率。

优势

  • 轴不受轴向力
  • 高功率传输能力

缺点

  • 负载必须在配置上均匀分布
  • 制造成本更高

锥齿轮

斜齿轮啮合

锥齿轮是斜面的(废话!),并用于在垂直于一个锥齿轮的轴的方向上转移旋转运动。

这些齿轮的范围从周围8美元至50美元通常是3:2到10:1的传动比。

优势

  • 可以在角度方向上传递运动,而不是仅仅平行于传动轴
  • 能在高速和高负荷下工作吗

缺点

  • 在设计和制造方面比其他产品更复杂
  • 要求齿轮系统的装配精度更高

齿条和小齿轮齿轮

齿条和小齿轮啮合

它们的特殊之处在于它们能够将旋转运动转化为往复直线运动。这些齿轮系统通常出现在硬件工具中,如电锯和需要直线运动的机械(如汽车的方向盘)。这些是有点贵的一端,从30到100美元+对于齿条齿轮和小齿轮只是任何功能齿大小的直齿齿轮(因此遵循相同的价格范围作为直齿齿轮)。

由于明显的原因,这些齿轮没有传动比(齿条在技术上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
  • 最简单的旋转到直线运动转换方法

缺点

  • 嘈杂的
  • 高摩擦力,容易磨损

蜗杆和蜗轮齿轮

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。

这些大约在6美元到60美元同样是基于材料和尺寸。这种配对可以达到舒适的齿轮比高达20:1。

优势

  • 高减速比
  • 非常有效的啮合
  • 可以自我锁定和反转在旋转方向没有太多麻烦
  • 可以用来改变速度和扭矩容易吗

缺点

  • 接触点热
  • 低效率
  • 高功率损失

内部齿轮

内部齿轮啮合

内部齿轮是可怕的,因为他们的牙齿的绝对数量。他们是优秀的齿轮减速器,可以被视为基本上倒直齿圆柱齿轮,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,售价在50美元左右,甚至高达300美元。

虽然他们比其他类型的齿轮更昂贵,这些来在非常大的齿轮比,这是为什么他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

  • 可以包含多个齿轮,使系统更紧凑
  • 能与内直齿圆柱齿轮啮合吗

缺点

  • 大的规模
  • 是否比其他类型的齿轮磨损更快

齿轮减少

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个牙齿然后把它放在一个轴上,这个轴连着马达用一个有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),但更大的转矩.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。