许多人可能觉得齿条和小齿轮是所有现有的传动系统中最简单的,但实际情况是这样的吗?

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在所有存在的齿轮系统中,齿条和小齿轮似乎是最简单的……但它们真的是吗?与其他线性定位机构相比,齿条和小齿轮系统是健壮的,高效的,经济的。它们的操作速度也可以和其他方法一样快,但不一定那么精确。如果它们用于垂直运动,则需要一个刹车。此外,齿条几乎没有限制其长度,而滚珠丝杠和皮带驱动系统在这方面受到限制。另外一个优于上述两种系统的优点是,机架可以支持多个车厢,可以相互独立地移动。

机架的质量必须与应用程序相匹配。齿条和小齿轮的精度受到三个变量的影响:齿隙、齿质量和节距偏差。节距偏差是实际长度和理论长度之间的变化。在需要的距离范围内,可以花费很大的成本制造齿条,且累计间距偏差为零。热处理、硬度和材料选择取决于精度和负载要求。从软齿到硬齿和磨齿,小齿轮可以有滚轮齿,直齿,螺旋齿,蜗轮齿,甚至人字齿。螺旋齿也可能是提供更高的接触比与更多的齿接触,从而增加负载能力和强度的必要条件。有害的螺旋因素是它产生轴向力。机架也受峰值循环力的影响,如在机床上的切削过程或在加速过程中。

作为一般规则,限制因素是小齿轮的强度。在应用机架面和材料的正常规则时,架子计算为相同的音高和压力角度为300-400%。齿根以下材料深度较厚,越好。材料厚度应至少有两倍的牙齿深度。安装也是至关重要的,也是由此产生的反弹。小齿轮必须距离机架的正确距离,提供横跨全面宽度和允许间隙的接触。当反弹不足时,动作的平滑度受损并且磨损增加。在指定零间隙时的那些罕见的场合中,将一些压力放在小齿轮上,例如通过弹簧加载。分开的小齿轮,与轴向弹簧组一起使用,并用相对的牙齿侧面啮合。或者,通过试验和错误测试,小齿轮设置为最接近的稳定,仍然允许平滑运行。 If tighter limits than those provided by AGMA are required, the racks can be made to a special pitch and tighter tolerances on straightness.

大多数机架是由冷拔材料生产的。这就会引起应力,并且齿条在牙齿被切割后永远不会是直线的。现代机器胜过旧的夹紧和锤击方法。今天,现代机器用数千磅的压力压住材料,以提供最完美的螺距线。环境温度的大波动也会导致材料的记忆恢复到非直线状态。同样重要的是,它们的运输方式应尽量减少压力的可能性。线性运动系统需要考虑将旋转运动转换为线性运动的整个系统。错误发生时,组件是分段选择。两者相互影响,因此选择不仅包括齿条和小齿轮,还包括电机、减速器、支承滑块和轴承。小齿轮的大小将影响产生线力所需的扭矩,减速器的比例,以及对电机的反射惯量。 The shaft of the reducer also has to sustain the gear mesh loads generated between the rack and pinion.

导向系统也需要紧密的公差。依靠组装调整是一个糟糕的主意。典型的失效是由于牙齿磨损或牙根疲劳。声音不正常,说明有不对中问题。应定期检查接触模式。与所有金属接触一样,润滑也不应忽视。可提供带有毛毡涂敷器的自动系统,以及特别适用于开式齿轮应用的各种润滑脂和润滑剂。

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他是全国电力传输会议(National Conference on Power Transmission)的前主任,以及AGMA的营销委员会(Marketing Council)和封闭式驱动委员会(closed Drive Committee)的前主席。他曾是蒂森齿轮厂(Thyssen Gear Works)的驻北美工程师,后来又在弗兰德·格拉夫斯坦登(Flender Graffenstaden)工作。他是这本书的作者蜗轮的设计与应用