齒條是與齒輪配合,用於傳動的一種機械零件。分為直齒齒條和斜齒齒條,分別與直齒圓柱齒輪和斜齒圓柱齒輪配對使用[1]齒輪齒條傳動是齒輪與齒條配合的傳動方式。當齒輪主動時,可以將旋轉運動變成直線運動;當齒條主動時,可以將直線運動變成旋轉運動[2]。齒輪齒條傳動可以應用在升降機、軌道系統、汽車轉向系統、工具機執行器的進給機構等領域[3][4][5]

齒輪齒條傳動的模擬動畫

形狀

齒條相當於分度圓無窮大圓柱齒輪。這時,齒輪的分度圓、齒頂圓和齒根圓都變成了直線,齒輪就變成了齒條[6]。齒條的齒廓為直線(對齒面而言則為平面)而非像齒輪一樣為漸開線。齒廓的傾斜角稱為齒形角,標準值為20°[7]。齒條主要參數有齒槽寬、齒高、齒厚、齒根圓半徑等。齒條的齒厚與槽寬相等。[8]

齒條的加工方法與齒輪類似,有滾齒、插齒、剃齒、磨齒、珩齒等。[9]

應用

 
齒條傳動原理
 
齒條傳動用於轉向系統

齒輪和齒條嚙合時,齒輪旋轉的同時,齒條作直線運動。當直線運動的行程超過2米,考慮到經濟性,就可以選用齒輪齒條傳動。齒輪齒條可以在較髒的環境中使用,傳遞較大的軸向力。齒條能夠傳遞的軸向力的大小與潤滑是否充分、受力是否均勻、運動速度大小以及安全係數有關。[10]

螺桿相比,齒輪齒條傳動的效率較高,但製造精度不高時,傳動平穩性準確性較差。[11]

轉向機構

在汽車轉向機構中,方向盤轉動時可帶動小齒輪轉動,這個小齒輪與一條齒條相嚙合,帶動齒條左右直線運動,從而推動轉向輪左右擺動,從而實現轉向功能。與行星輪轉向相比,齒輪齒條轉向結構簡單、成本低,轉向力和路感傳遞直接[12]。因此,轎車上基本都採用齒輪齒條轉向,而只有在運動型多用途車上才可看到迴圈球英語Recirculating ball式轉向[13]

升降機構

齒輪齒條傳動可以應用於升降機構[14]。與液壓傳動相比,不僅行程長,而且還有節能、結構簡單、維修方便等優點[15]。Schneeberger公司可以生產單根長度為3米的齒條,齒條可以對接使用,以達到更長的行程[16]。當對接使用時,為保證相鄰齒條結合處的齒距精度,需要在齒條結合面之前留有0.5毫米左右的間隙[17]

齒軌鐵路

齒軌鐵路在普通路軌中間的軌枕上,另外放置一條特別的齒軌機車則配備了一個或多個齒輪,跟齒軌嚙合。這樣機車便能克服黏著力不足的問題,把列車拉上達坡度達48%的陡峭斜坡。[18]

參考文獻

  1. ^ Gear Nomenclature, Definition of Terms with Symbols. American Gear Manufacturers Association. : 72. ISBN 1-55589-846-7. OCLC 65562739. ANSI/AGMA 1012-G05. 
  2. ^ 羅麗萍, 京玉海 (編). 机械制造基础. 清華大學出版社有限公司. 2004: 第32頁. ISBN 7302099146. 
  3. ^ 蘇春堂; 張洛平. 数控机床超长进给机构研究. 《河南科技大學學報:自然科學版》. 2008年, (第4期). 
  4. ^ The Role of Rack and Pinion Actuators in On-Off & Modulating Controls. Valve Magazine (Valve Manufacturers Association). 
  5. ^ Automax SuperNova Series Pneumatic Rack & Pinion Actuators (PDF). Flowserve Corporation. [2017-02-03]. (原始內容 (PDF)存檔於2016-08-31). 
  6. ^ 竇墨林. 机械制图: 非机械类专业用. 清華大學出版社有限公司. 2001: 第166頁. ISBN 7302044929. 
  7. ^ 《齒輪簡易設計》,郭蘅譯,徐氏基金會,1979年1月
  8. ^ 申永勝 (編). 机械原理教程. 清華大學出版社有限公司. 2005: 第132頁. ISBN 7302119457. 
  9. ^ 劉穎; 馬春榮. 机械设计基础. 清華大學出版社有限公司. 2005: 第43頁. ISBN 7810824945. 
  10. ^ 《機械設計製造手冊》,全華圖書股份有限公司,ISBN 978-957-21-4069-7
  11. ^ 郭愛榮; 封逸彬. 李文,林若森 , 編. 機械製圖教程. 清華大學出版社有限公司. 2004: 第188頁. ISBN 7302092214. 
  12. ^ Rack and pinion variable ratio steering gear. Google Patent Search. [2007-03-22]. 
  13. ^ Nice, Karem "How Car Steering Works"頁面存檔備份,存於網際網路檔案館), "HowStuffWorks", Accessed August 13, 2007
  14. ^ Heinrich Martin,; Peter Römisch, Andreas Weidlich. 3.2.1 Zahnstangenwinde. Materialflusstechnik: Konstruktion und Berechnung von Transport-, Umschlag- und Lagermitteln. Vieweg. 2004: 第104頁 [2017-02-03]. ISBN 3528740612. 
  15. ^ 石韶敏, 李宗亨. 一種齒輪齒條傳動升降機構. 天津市正耀機械有限公司. 2014-06-18 [2017-02-03]. (原始內容存檔於2017-02-04). 
  16. ^ Gear racks. SCHNEEBERGER AG. [2017-02-03]. (原始內容存檔於2021-01-20). 
  17. ^ 魏崢. 金工實習教程. 清華大學出版社有限公司. 2004: 第185頁. ISBN 7302093539. 
  18. ^ Jehan, David. Rack Railways of Australia 2nd. Illawarra Light Railway Museum Society. 2003. ISBN 0-9750452-0-2. 

外部連結