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前言
近年開發的新產品基本沒有革新性的新型產品，主要都是對老版模型的式樣變更或者設計變更。
因此，通過對老版模型的構造或者零部件形狀的部分變更來打造新產品的技能則是對設計提出的新要求。
設計師擅自對產品構造或零部件形狀進行大的改動，導致問題發生時，設計師本身則需要負相應責任。因此，通過在CAD上隨意的復制粘貼式的設計大行其道，在對構造和機構的原理一無所知的情況下進行開發也成為現在的普遍現狀。
例如，從前作為興趣或車載用而普及的收音機、CD播放器里面放置有可在狹小空間使用的鏈接器、齒輪、彈簧等。這種構造結構緊湊，可靠性高。可是，由于現在通過USB儲存卡或者無線通信即可播放音樂，機械設計師僅需設計不隨動作反應的電子基板框體即可。
由于這樣的時代變化，機械設計師接觸機械設計的機會也在逐漸變少，導致思考新構造和新機構的創造力匱乏。
受老版模型的變化和功能的軟件化等影響，機械設計師應該怎樣面對機械設計呢？
在研究使用齒輪的機械結構之前，本系列將對齒輪的基礎知識進行解說。
1， 什么是機械要素
機械要素是構成機械的零件當中諸如螺釘、螺母、齒輪和鍵等的最小單位。機械要素主要有以下零件（表1-1）。
表1-1 主要機械要素
齒輪
功能:
連續傳達旋轉運動
皮帶輪 / 扣鏈齒輪
功能:
連續傳達旋轉運動
凸輪
功能:
把旋轉運動轉換成不連續的直線運動
彈簧
功能:
蓄積重量 / 增強緩沖
滾動軸承 / 滑動軸承
功能:
支撐旋轉軸
螺釘 / 螺母 / 墊片 / 絲杠
功能:
緊固零件 / 把旋轉運動轉換成直線運動
鍵 / 銷軸 / 扣環
功能:
固定旋轉方向的偏差 / 防止零件向軸線方向脫落
油封
功能:
密封液體和氣體 / 防止異物進入
2， 驅動傳達要素的種類
機械要素當中，驅動傳達主要分為以下幾大類（表1-2）。
表1-2 驅動傳達要素的分類| 驅動傳達 | 剛體接觸傳達 | 嚙合傳達 | 齒輪等 |
| 摩擦傳達 | 摩擦輪等 | ||
| 非剛體接觸傳達 | 嚙合傳達 | 齒帶或鏈等 | |
| 摩擦傳達 | 傳送帶等 | ||
| 非接觸傳達 | 磁力傳達 | 磁性齒輪等 |
在這些驅動傳達要素中，最為常用的是嚙合傳達的齒輪。
齒輪是通過固定在兩個軸上帶有凹凸面（齒）的剛體，一個凸面與一個凹面不斷的嚙合來實現旋轉運動的機械要素。
3， 齒輪的作用
使用齒輪的機械設計有以下作用（表1-3）。
表1-3 齒輪的作用| 齒輪代表性的作用 | 說明順序 |
| 改變旋轉軸的方向 | 本次將進行說明 |
| 把旋轉運動轉換成直線運動 | 本次將進行說明 |
| 改變旋轉方向（順時針，逆時針） | |
| 改變旋轉數（增速，減速） | |
| 改變旋轉力（增強扭矩，減小扭矩） |
齒輪根據形狀，用途，材質等可以分為很多種類。設計時最先探討的是安裝在齒輪上的兩軸的配置。
可以通過齒輪種類來決定兩軸的方向。
齒輪軸的配置可以分為以下3大類（表1-4）。
表1-4 根據齒輪軸位置的齒輪分類
平行軸上使用的齒輪
直齒輪 / 斜齒輪 / 人字齒輪 / 內齒輪 / 齒條（做直線運動用）
交叉軸上使用的齒輪
直齒錐齒輪 / 弧齒錐齒輪
交錯軸上使用的齒輪
圓柱蝸桿副 / 交錯軸斜齒齒輪 / 準雙曲面齒輪
首先，讓我們來看一下在平行軸上使用的齒輪種類和特征（表1-5）。
表1-5 在平行軸上使用的齒輪的種類和特征
直齒輪
齒線為直線且和軸平行的圓柱齒輪。齒和軸平行配置，因此有機械效率高的優點。但是由于嚙合率和斜齒輪相比略小，因此在由強度和嚙合方面導致的噪聲問題上是其劣勢。
斜齒輪
齒線與軸處于相互傾斜位置的圓柱齒輪。由于齒與軸處于相互傾斜位置，所以容易產生軸向力，機械效率與直齒輪相比較差。但是，嚙合率與直齒輪相比較大，因此在由強度和嚙合方面導致的噪聲問題上有其優勢。
人字形齒輪
左旋和右旋的斜齒輪組合在一起的齒輪。由于嚙合時產生的軸向力可以相互抵消，所以可以在有減小軸向力需求時使用。
內齒輪
齒在圓筒內側的齒輪。有齒線與軸平行或傾斜的兩種。想要有效利用有限空間時使用。
齒條
在平板或者棒狀材料的一面刻有齒，可以把它看做是圓柱齒輪半徑無限變大的物體。
與之配對使用的是圓柱齒輪。
把旋轉運動轉換成直線運動，或者把直線運動轉換成旋轉運動時使用。
"齒條與圓柱齒輪嚙合可以輕松實現旋轉運動與直線運動的自由轉換!"
接下來，我們一起看一下在交叉軸上使用的齒輪的種類和特征（表1-6）。
表1-6 交叉軸上使用的齒輪的種類和特征
直齒錐齒輪
齒線與節錐線的母線一致的齒輪，齒線為直線。
弧齒錐齒輪
齒線為曲線的錐齒輪。
與圓柱齒輪相同，與直齒錐齒輪相比，嚙合率更高，因此在由強度和嚙合方面導致的噪聲問題上有其優勢。
接下來我們看一下交錯軸上使用的齒輪的種類和特征（表1-7）。
表1-7 交錯軸上使用的齒輪的種類和特征
圓柱蝸桿副
蝸桿和與之嚙合的蝸輪的總稱。只需一對齒輪副的嚙合即可獲得大的減速比是其特征。但是，由于是滑動接觸產生的摩擦，機械效率與其他類型齒輪相比明顯較小。嚙合時的噪音低也是其特征。
減速比大于1/40時，可以從蝸桿驅動，不可以從蝸輪驅動，有著不可逆的特點。但是，也有因振動產生逆轉的可能。不可逆性被稱為自鎖。
交錯軸斜齒輪
圓柱齒輪副在交錯軸上做運動傳達的齒輪。一般應用在較小負荷的機械結構上。
準雙曲面齒輪
在交錯軸上傳達運動的圓錐狀齒輪。錐齒輪中兩軸不相交型。
一般的準雙曲面齒輪的減速比在1/10左右，高傳動比準雙曲面齒輪可以實現高減速比，在設計上可以跟蝸輪蝸桿一樣，達到不可逆性。
"有不可逆轉的齒輪嗎？"
設計時一般先決定好兩軸的關系，然后按照兩軸關系選定齒輪。但是，考慮到齒輪的成本，兩軸關系可以按照以下優先順序。
1， 平行軸上使用的齒輪 (廉價)
2， 交叉軸上使用的齒輪
3， 交錯軸上使用的齒輪 (昂貴)
從以上介紹我們了解了作為機械要素的齒輪的作用以及齒輪的種類和特征。
下次我們將對使用齒輪做機械設計時非常重要的一個因素，即有關速比的相關想法進行解說。