*个多世纪以来，锥齿轮箱*直是各行各业中不可或缺的部件。它们能够以 90 度角转换旋转和扭矩，因此成为*种多功能的动力传输解决方案。虽然锥齿轮以今天的工程标准来看可能有些简陋，但锥齿轮是*种强大的工具，如果经过修改和正确应用，可以大大改善和简化传动系统。
在本文中，我们将探讨锥齿轮的基础知识、锥齿轮的历史，讨论选择锥齿轮的优缺点，并强调为您的应用选择锥齿轮箱时的具体考虑因素。
锥齿轮 101：什么是锥齿轮？它是如何工作的？
简单来说，锥齿轮以 90 度角传递旋转和扭矩。锥齿轮由两个轴相交的锥形齿轮组成。当输入齿轮旋转时，齿轮齿啮合并将旋转运动传递到输出齿轮和轴。
锥齿轮通常由钢、铸铁、铝或青铜制成。（材料的选择取决于多种因素，例如成本、负载/速度条件、噪音要求和润滑规定。）
锥齿轮箱组件用途广泛，可以处理较大的悬臂负载，并且可以进行高度改造。轻载负载可以使用铝制螺旋锥齿轮箱，而扭矩和速度较大的重载负载可以使用铸铁齿轮箱和锻造锥齿轮组。螺旋齿轮组的理想应用示例可能是小型军用机器人，而重型锻造齿轮组可能更适合户外农用车辆。
锥齿轮的演变：历史视角
锥齿轮的历史可以追溯到 19 世纪末，当时 Boston Gear 和美国齿轮制造商协会 (AGMA) 共同合作制定了齿轮齿距标准化。在此标准化之前，齿轮都是定制的，这导致兼容性和性能问题。
当前制造技术的精确性使齿轮适用于高速或低齿隙应用。如今，锥齿轮广泛应用于从厨房搅拌机到农用车辆再到军事装备等各种应用。
选择锥齿轮箱时的主要考虑因素
在选择锥齿轮箱时，应用工程师会问自己几个问题。应用是在内部还是外部？应用是否需要不锈钢轴、通风口、密封件？这些问题的答案通常取决于 RPM、工作周期和预期性能。
例如，想象*下使用锥齿轮的厨房搅拌机。如果用户只搅拌鸡蛋，这对内部齿轮系统来说并不太难，并且大多数用途可能需要较低的扭矩。但是*旦用户加入面粉、黄油和其他配料……他们就能听到驱动器开始工作的声音。该搅拌机在整个搅拌过程中会承受各种负载。使用 10 分钟的搅拌机所需的服务系数低于每天连续使用 8 小时的搅拌机。无论如何，操作员都需要在设计容量范围内使用搅拌机，否则可能会发生损坏。这是*个假设的例子，说明了使用锥齿轮的设计人员需要考虑的各种事项。
主要考虑因素
? 速度和扭矩要求：确定变速箱的运行速度和需要传输的扭矩量。更高的扭矩要求可能需要更大的齿轮组来处理预期的负载。
? 应用和服务因素：考虑具体应用及其工作周期。应用是什么？是每周运行五分钟*次吗？从服务因素的角度来看，这是相当轻的负荷。如果应用全天候运行，和/或涉及重冲击载荷，设计人员应考虑使用具有更高扭矩容量的重型变速箱。（如果关于应用和服务因素的问题仍然存在，设计人员可以查阅 AGMA 或 Boston Gear 目录以获取更多信息。）
? 噪音敏感度：评估应用是否需要更安静的操作。“螺旋锥齿轮”*次啮合多个齿。在较高速度下，螺旋锥齿轮以更安静的操作而闻名。“锻造锥齿轮”噪音更大但更坚固，通常用于农业应用。
? 悬臂负载能力：评估延伸轴上的悬臂负载（或径向负载），并选择具有适当容量的锥齿轮箱来处理负载。? 齿轮箱比率：锥齿轮箱通常为 1:1；但是，也存在其他比率，例如 1.5:1、2:1 等。与 2:1 比率相比，将速度减半并将扭矩加倍可能具有应用优势。在某些应用中，它们也可以用作增速器。
? 输出旋转：根据输入方向考虑输出轴的旋转方向。锥齿轮箱通常可以配置为反向旋转，但始终应了解两个轴的旋转方向。
? 润滑：有些齿??轮箱是注脂或注油的，而有些则没有任何润滑。根据速度、负载和环境工作温度，可能会推荐不同的润滑。正确的润滑将冷却齿轮和轴承使其处于运行温度，同时*大限度地提高性能。
? 轴的方向：如果充油锥齿轮箱具有垂直轴，则可能需要油脂配件以确保上部轴承得到适当润滑。
? 裸露或封闭：虽然有些工程师可能选择手动设计“裸露齿轮”到他们的驱动器中，但其他人可能更喜欢购买预组装的封闭式齿轮箱。封闭式锥齿轮箱通常被称为“即用型”，其中包含轴承、齿轮和润滑剂。这降低了设计复杂性，使工程师能够专注于关键的机器细节。
我们周围到处都是锥齿轮，工程师在设计锥齿轮箱时必须考虑所有这些因素。
锥齿轮的优点和缺点
锥齿轮具有多种优势，是动力传输系统的热门选择。**，锥齿轮能够以 90 度角传输旋转和扭矩，非常适合空间有限或需要改变方向的应用。此外，锥齿轮用途广泛，可以处理从轻载到重载的各种负载。
然而，考虑锥齿轮的缺点也很重要。主要挑战之*是可能产生噪音，特别是在噪音敏感度令人担忧的应用中。在这种情况下，螺旋锥齿轮可能是更好的选择，因为它的运行更安静。另*个考虑因素是轴上的悬垂负载，这会给轴承带来压力。锥齿轮箱的正确尺寸和选择对于确保*佳性能和使用寿命至关重要。
*旦轴承和齿轮开始出现故障，就会对应用产生滚雪球效应。故障部件会产生大量硬化磨损碎片。*旦出现故障，损坏对其他部件的传播就会加速。
对于设计人员来说，在选择扭矩容量低于应用负载的锥齿轮箱时，避免走捷径至关重要。考虑*个应用设计需要 500 英寸磅扭矩的场景。如果机器中出现卡住，导致扭矩突然超过 500 英寸磅，会发生什么情况？偶尔的“合理范围内”瞬时过载不会损害齿轮箱。但是，如果应用持续让额定扭矩为 1,000 英寸磅的齿轮箱承受 10,000 英寸磅的负载，齿轮箱很快就会失效。反复出现过大的扭矩峰值会缩短齿轮和轴承的寿命。
这不仅仅是*个变速箱，而是*个系统
齿轮、轴承和密封件需要内部协同工作。在考虑齿轮时，设计师必须考虑对整个系统的影响。
这不仅仅是考虑变速箱润滑；它涵盖了整体产品性能。设计选择通常围绕寿命和产品尺寸等因素。产品的性能特征会出现问题，例如其悬臂负载能力。虽然具有相当大的悬臂负载能力是有利的，但确保轴能够有效承受它同样重要。悬臂负载应尽可能靠近变速箱，以*大限度地延长轴承寿命。
我们不应该将它仅仅视为*个变速箱，而应该将其视为*个应用程序。它是*台有工作要做的机器。无论是洗苹果还是收割谷物，它都有自己的功能……工程师们希望*大限度地满足这*需求。
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