杏彩体育:有没有懂机械的老师请问图中的叫什么齿轮？

　　几年前经手的研发项目正好用到这种齿轮传动，为此查阅了国内外大量的技术资料，同时也咨询了国内涉足该领域的专家。

　　这里从专业角度出发，系统性的讲解这种齿轮从理论计算到三维设计再到加工的整个过程。给感兴趣的外行和业内同行在设计过程中提供一些参考。

　　在正式讲解这种直齿端面齿轮传动之前，先要了解这种齿轮的分类。这种齿轮从类型上可以分为改变运动方向的面齿轮传动以及联接轴用的端面齿联轴器。

　　早在上世纪四十年代，美国的Buckingham就提出了面齿轮传动。到了上世纪九十年代，国际齿轮传动设计大师李特文参与到了美方和NASA联合的ART计划，设计了面齿轮传动新型航空动力传动结构，应用到了阿帕奇武装直升机中。在此基础上，李特文主导推动了面齿轮传动的几何设计理论和强度计算理论的建立。美国齿轮制造商协会早在1996年就制定了面齿轮传动的特殊类型—轴交角为90度的端面齿轮传动的面齿轮传动标准。

　　国内起步比较晚，主要研究单位包括南航、中南大学、西工大、哈工大。与国外不同的是，国内的面齿轮传动还是停留在传动理论分析、齿轮几何参数设计以及加工。国内于2008年发布了端面齿轮标准，针对的是计时仪器用齿轮。

　　李特文在《齿轮几何学与应用理论》里有专门的章节讲述如何设计面齿轮。不过设计是利用空间坐标系变换推导出齿面参数方程，这和国内相关的面齿轮理论研究类似，不利于普通人的理解。

　　轴交角90度的面齿轮传动中的端面齿轮设计可以依据美国齿轮标准AGMA916-A19，里面有详细的齿轮几何参数设计和强度计算方法。

　　国内齿轮手册同样提到面齿轮传动的特殊类型—轴交角为90度的端面齿轮传动的齿轮几何参数计算，下图就是详细的端面齿轮几何计算方法。

　　实际上，目前端面齿轮的设计通常都是借助齿轮设计软件或者插件。专业的有KISSOFT，如下图所示。

　　国内也有很多企业、个人根据面齿轮啮合理论开发了端面齿轮设计的插件，如齿轮论坛的费老开发的基于UG的面齿轮设计插件，如下图所示。

　　仿形滚切法：这种直齿端面齿轮实际上是节锥角90度的等高齿直齿圆锥齿轮，属于圆锥齿轮的特殊情况。根据滚切等高齿直齿圆锥齿轮的加工原理，采用具有刀齿分布在一圈螺旋线上的渐开线滚刀，在滚齿机上进行连续滚切而成。这种加工方法虽利用了滚齿机的连续分度，但实质上属于近似仿形加工。它综合了仿形法和滚切法的特点。

　　蜗杆滚切（磨削）法：在美方、NASA、波音公司等联合资助下，李特文等提出了蜗杆滚刀（砂轮）滚切（磨削)面齿轮的方法，加工原理如下图。

　　数控铣削加工：根据面齿轮插齿加工原理和啮合传动原理，采用多线包络加工面齿轮齿面的插铣加工方法，加工原理图下图所示。

　　插齿加工：与现有的插齿机不同的是，面齿轮加工的插齿刀与工件不是平行轴之间的相互旋转运动，而是垂直相交，加工原理图如下图所示。

　　特殊加工方法：如电火花加工、剃齿加工、增材加工等等。这些方法在国内相关企业、高校都有应用和研究。市面上不少面齿轮就是采用这些方法加工出来的，如高端渔具里的面齿轮。

　　作为面齿轮的特殊形式—直齿端面齿轮主要应用在玩具、计时仪器这些行业中，题主问题里描述的齿轮也是这种类型。这种齿轮也有应用在工业自动化行业中，如瑞士的Cylkro冠状齿轮变速装置，如下图所示。

　　[10]冠状齿轮 谱写新篇章——达到瑞士精度的Cylkro冠状齿轮变速装置[J].现代制造，2005（28）

　　当初做项目时，实际参考的文献数量远不止上述列举的这些，上面是截取了部分重要的参考文献，如果对上面内容感兴趣，可以查阅上面的文献进行深入研究，也可以在此基础上继续深挖。

　　当然，上面只是介绍了改变运动方向的端面齿轮这种类型，还有一种用于连接两个轴的端齿联轴器并没有过多提及。事实上，在燃气轮机、高铁、航空发动机等诸多领域多会看到端面齿联轴器的身影，而端面齿联轴器根据端面齿轮的齿形又分成了三种结构类型，对应的齿形参数设计和强度计算理论也是不同的。

　　当然，后面如果有机会，我可以深入再讲解用于联轴器的端面齿轮从理论计算到几何设计再到加工的整个过程。