齒輪是通過輪齒嚙合傳遞回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，它與螺紋同樣是機(jī)械設(shè)計(jì)中必不可少的零件。而且，齒輪也與螺紋一樣分為各種不同的類型，設(shè)計(jì)高速重載齒輪時(shí)其強(qiáng)度計(jì)算是必須進(jìn)行的。

　　齒輪的尺寸用齒頂圓直徑、齒根圓直徑、齒厚及齒寬等表示(圖1)。齒輪與齒輪相互嚙合的點(diǎn)稱為嚙合點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為嚙合圓。其次，在分度圓的圓周上，一個(gè)輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長稱為該輪齒的齒厚，在齒輪的一個(gè)齒槽內(nèi)其兩側(cè)齒線的弧長稱為該輪齒的齒槽寬。還有，齒厚與齒槽寬之間的差距，也就是說嚙合傳動(dòng)的輪齒反轉(zhuǎn)時(shí)的游隙稱為齒間隙，為了使齒輪平穩(wěn)嚙合必須要有適度的齒間隙。

圖1 齒輪的各部分名稱

　　雖然齒輪與齒輪的分度圓的尺寸不同，但只要齒形相同，就能進(jìn)行嚙合傳動(dòng)。表示齒形相同與否用的是將分度圓直徑d(mm)除以齒數(shù)z(枚)所得到的值，就是模數(shù)(圖2)。模數(shù)(m)與分度圓直徑和齒數(shù)有m=d/z的關(guān)系。例如，分度圓的直徑為50mm，齒數(shù)為25 的齒輪模數(shù)為m=50/25=2。

圖2 模數(shù)

　　齒輪有直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪、齒條及傘齒輪等類型(圖3)。在各種齒輪類型中，常用的是齒向與軸平行的直齒圓柱齒輪，作為動(dòng)力傳遞，直齒圓柱齒輪的應(yīng)用是最多的。

圖3 各種類型的齒輪傳動(dòng)

　　為了抑制直齒圓柱齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)或噪聲，有齒向相對于齒輪的軸線傾斜了一個(gè)角度的斜齒圓柱齒輪，但斜齒圓柱齒輪有產(chǎn)生軸向作用力的缺點(diǎn)。還有，將直齒圓柱齒輪在平面上展開就稱為齒條，通過齒條與較小的直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的變換。相交兩軸間傳動(dòng)使用的齒輪稱為傘齒輪，傘齒輪有齒為直線的直齒傘齒輪以及齒為斜線的斜齒傘齒輪。

　　為了使齒輪的嚙合平穩(wěn)，需要對輪齒的形狀進(jìn)行更深入的研究，目前在JIS標(biāo)準(zhǔn)中，采用加工方法簡單、生產(chǎn)效率高的漸開線(圖4)來研究標(biāo)準(zhǔn)輪齒的嚙合傳動(dòng)。

圖4 漸開線

　　將直徑尺寸不同的齒輪組合進(jìn)行嚙合，能夠改變傳遞的旋轉(zhuǎn)速度。設(shè)傳遞運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)齒輪與被傳遞運(yùn)動(dòng)的被動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)速度分別為n1和n2、齒數(shù)分別為z1和z2、分度圓直徑分別為d1和d2，使用模數(shù)就能推導(dǎo)出下式所示的傳遞速度比i的計(jì)算式(圖5)。

圖5 齒輪的傳遞速度比

　　即使嚙合齒輪的數(shù)量增加，這一關(guān)系的計(jì)算式也成立(n3 為第三個(gè)被動(dòng)齒輪的旋轉(zhuǎn)速度，z3 為第三個(gè)被動(dòng)齒輪的齒數(shù))。

　　這就是說，齒輪傳遞的速度比是由主動(dòng)齒輪和被動(dòng)齒輪的齒數(shù)比決定的，而與中間存在的齒輪數(shù)量無關(guān)。

　　另外，兩齒輪軸的中心距離a可用下式表示。