4.1 齿轮
4.1.1 齿轮的工作原理与结构参数
（1）工作原理及分类
齿轮在机器中应用广泛，起传递动力和变换运动的作用。工作时（图4-1），动力一般由小齿轮轴输入，经小齿轮传动后带动大齿轮转动，再经大齿轮轴输出。在此过程中，大齿轮轴的转速和转向随之发生改变。
图4-1 齿轮结构
齿轮传动的类型很多，一般可分为以下4类：
① 圆柱齿轮，见图4-1（a）、（b），两轴之间平行传动。
② 同锥齿轮，见图4-1（c），两轴之间相交（90°）传动。
③ 蜗轮蜗杆，见图4-1（e），两轴之间交叉（90°）传动。
④ 其他齿轮，见图4-1（d）、（f）。图4-1（d）中的齿条在齿轮转动时往左或往右运动，图4-1（f）为两面轴交错的齿轮传动（两轴之间非90°交叉）。
（2）结构参数
结构参数见图4-2和图4-3。
图4-2 圆柱齿轮参数
图4-3 圆柱齿轮啮合参数示意
① 模数。表示齿轮轮齿大小的参数称为模数。模数m越大，则轮齿就越大。可通过表4-1所示的标准参数查询齿轮模数。
表4-1 渐开线圆柱齿轮模数（摘自GB/T 1357—1987） mm
注：应优先选用第一系列，其次选用第二系列：括号内的模数尽可能不选用。
② 分度圆d。齿轮设计、制造时用于等分轮齿以及计算各部分尺寸的基准圆，用d表示。
③ 齿距P。分度圆上两对应齿面之间的弧长称为齿距，用P表示。
模数与齿距的关系是：m=πP
分度圆与齿距、齿数的计算关系是
④ 齿数z。即齿轮轮齿的个数，用z表示。
⑤ 齿厚和槽宽。分度圆上轮齿对应点之间的弧长称为齿厚，用s表示。分度圆上齿槽对应的弧长称为槽宽，用e表示。对于标准齿轮，分度圆上的槽宽e与齿厚s近似相等。
⑥ 齿顶圆da 。齿轮的外径圆称为齿顶圆，用da表示。
⑦ 齿根圆df。轮齿根部的对应圆称为齿根圆，用df表示。
⑧ 齿高h。齿根圆与齿顶圆之间的径向距离，用h表示。齿高为齿根圆和齿顶圆之和：齿根高hf，齿根圆至分度圆之间的径向距离；齿顶高ha，分度圆至齿顶圆之间的径向距离。
⑨ 节圆与中心距。如图4-3所示，O1、O2为两啮合齿轮的中心，其连线齿廓上的接触点P称为节点。以O1、O2为圆心，O1P、O2P为半径所作的两个相切的圆称为节圆。分别用直径d'1和d'2表示。齿轮在传动过程中可认为是两个节圆柱作无滑动的滚动。对于标准齿轮，节圆和分度圆是重合的。
O1、O2连线的垂直距离称为中心距，用a表示。
⑩ 压力角α。节圆公切线与轮齿作用力方向所形成的夹角，称为压力角，用α表示。国标规定，标准圆柱齿轮的压力角α=20°。
标准直齿圆柱齿轮各部分的尺寸与模数有一定关系，计算公式见表4-2。
表4-2 标准直齿圆柱齿轮各部分的尺寸计算
4.1.2 圆柱齿轮的规定画法
（1）单个圆柱齿轮的画法
齿轮一般用两个视图，或者用一个视图和一个局部视图表示，如图4-4所示。
图4-4 单个圆柱齿轮画法
（2）两圆柱齿轮啮合时的画法
一对模数和压力角相同的标准齿轮啮合时其节圆相切。它的规定画法如图4-5所示。
图4-5 两圆柱齿轮啮合时的画法
（3）圆柱齿轮零件图
图4-6为直齿圆柱齿轮的零件图。图中除视图和应标注的尺寸外，还用表格列出了制造齿轮所需的参数。按规定，轮齿部分的尺寸只标注齿顶圆直径和分度圆直径。
图4-6 圆柱齿轮零件图