嚙合線

齒輪在傳動過程中，各對輪齒的接觸點，總是落在兩基圓的內公切線上，由於各對輪齒的所有接觸點，在嚙合過程中總是沿著這條內公切線一點一點地依次前進，所以又稱它為嚙合線。

基本介紹

• 中文名：嚙合線
• 外文名：Meshing line
• 屬性：曲線
• 參數：交接係數、傾斜角
• 學科：機械工程
• 領域：齒輪傳動

漸開線齒輪齒形嚙合線

右圖1所示為一對漸開線齒廓在任意點K嚙合，過K點作兩齒廓的公法線，根據漸開線的性質，該公法線就是兩基圓的公切線，當兩齒廓轉到K'點嚙合時，過K'點所作公法線也是兩基圓的公切線。由於齒輪基圓的大小和位置均固定，漸開線齒廓公法線nn是唯一的，因此不管齒輪在哪點嚙合，嚙合點總是在這條齒廓公法線上，即嚙合線與齒廓公法線重合。由於齒輪傳動時正壓力沿著公法線方向傳遞，因此對於漸開線齒廓的齒輪傳動，嚙合線、過嚙合點的公法線、基圓的公切線和正壓力作用線四線合一。

圖1 漸開線齒輪嚙合

嚙合線為一直線，漸開線齒廓的嚙合線必與公法線相重合，所以嚙合線為一直線，嚙合線的直線性質使得傳遞壓力的方向保持不變，從而使傳動平穩。

非圓齒輪齒形嚙合線

漸開線圓柱齒輪副的嚙合線是一條與兩齒輪的基圓相切的內公切線，是一條直線。由於漸開線齒輪圓齒輪副每對共軛齒形均相同，故在傳動過程中這條直線的位置是不變的。也就是該直線與兩齒輪的中心連線的交點位置不變，因此可保證齒輪副有固定的傳動比。然而，非圓齒輪副則不同，原因是它的每對共軛齒形一般均不相同，故其齒形嚙合線也不相同。

非圓齒輪齒形嚙合線的求法如下：

（1）作圖法

由基本嚙合定理知：定平面中的兩齒形接觸點上的共法線通過復節曲線上的對應點。該對應點在復節曲線上的位置由非圓齒輪副的瞬時傳動比確定。因此，在求一對共軛齒形的嚙合線時，應該知道兩齒輪的中心距和其中一個齒輪的節曲線及齒形。

右圖2所示表示了以O為迴轉中心的非圓齒輪的節曲線和某一齒的齒形。直線OI為兩非圓齒輪的中心連線方向。過節曲線上的任意點1、2、3、4……，作該齒的齒形法線1-1'、2-2'、3-3'、4-4'……。點1'、2'、3'、4'……為齒形上的對應點。非圓齒輪傳動時，這些點便與共軛齒形上的對應點依次接觸。接觸點的軌跡即齒形嚙合線。如在某一位置，兩齒形在3點接觸，3點既是齒形嚙合線上的線，又是齒形與節曲線的交點，且位於兩齒輪中心連線上。當齒輪副轉動後，齒形上的4'與其共軛齒形相切。相切點的公法線4-4'上的4點（節曲線上的點）將落在中心連線IV點位置。因4和4'點位於一剛體上，故△O44'是一剛體三角形。當它繞O點轉動、4點落在IV點時，4'的新位置4''即所求的齒形嚙合線上的點。同理可求出齒形嚙合線上的點1''、2‘’、5‘’、6‘’、7‘’……。點1''、2''、3''、4''、5''……的軌跡即齒形嚙合線。

圖2 用作圖法求嚙合線

（2）解析法

如右圖3所示，設直角坐標系Oxy的原點O取在非圓齒輪的迴轉中心。兩齒輪的中心連線與x軸的夾角=常量。左齒形上某點n的齒形法線與節曲線交於a點。當齒輪轉過角、a點落在中心連線上時，齒形上的n點與其共軛齒形上的對應點相切。這時的n點位置即齒形嚙合線上的點，其坐標值和可表示齒形嚙合線：

圖3 解析法求嚙合線

式中：——齒形上n點的向徑；

——向徑與x軸的夾角。

嚙合線嚙合弧

右圖4表示兩齒輪的一對齒正在嚙合，並設為主動輪的節圓；為從動輪的節圓；NN為嚙合線。若輪反時針方向轉動，則兩齒開始接觸時，必是輪齒根部的一點和輪齒頂上的a點相遇，這時的接觸點位置就在輪齒頂和嚙合線的交點K；兩齒終止接觸，即將分開時，必是輪齒頂部的b點和輪齒根部的一點相遇，這時的接觸點位置就在輪齒頂圓和嚙合線的交點。因此，圓中的一對齒嚙合時，接觸點在嚙合線上經過了KL的一段線，線段KL叫做嚙合線的長度。

圖4 嚙合齒輪

將K和a點與中心連線，又將b和L點與中心連線，可得到中心角和。

顯然，是輪從兩齒在K點開始接觸到圖示位置為止所轉過的角度。這個角度所決定的節圓弧長mn是從兩齒開始接觸到圖示位置為止，節圓和所滾過的弧長。

同樣，輪須轉過以使兩齒離開嚙合，即節圓須滾過一段弧長qp。所以在這一對齒嚙合的過程中，節圓和共滾過了弧，這一段節圓的弧長s叫做嚙合弧。嚙合弧的長度s也可以不用作圖方法，而按公式計算求得：

式中是嚙合長度；是嚙合線傾斜角。

交接係數

在右圖5中，設齒輪的節圓是，節圓半徑是，NN是嚙合線，線段KL是嚙合線長度，是基圓半徑，P是嚙合節點。當一對齒在嚙合過程中，接觸點經過KL長度，而齒輪轉過角。對應齒輪轉過的角，基圓應轉過一段弧長；而節圓轉過的弧長。

圖5 齒輪簡圖

但是從圖上畫有陰影線的三角形可看出：

所以。

把嚙合弧長度和齒輪周節相比較，如就表示在一對齒離開嚙合（節圓滾過了弧s）時，後一對齒方才開始嚙合（節圓滾過了周節t表示後一對齒代替前一對齒）。同時嚙合的齒的對數越多，齒輪的轉動就越平滑，因此比率可以代表齒輪轉動的平滑程度，我們把它叫做交接係數。交接係數不得小於1，否則前一對齒輪已經脫嚙合，後一對齒還沒有進入嚙合，齒輪就不可能連續的進行工作，這是絕對不允許的。交接係數應該取大於1的數，在粗傳動（低速傳動，不加工的齒輪）取。