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機械元件閱讀時間 13 分鐘

齒輪圖面右上角那張參數表怎麼看

齒輪圖上畫的那個圓,不是齒輪真正的形狀。決定這個齒輪能不能跟另一個咬合的,是角落那張表。

Wikimedia Commons・One Knobbed Gear Shaft and Thirteen Spur Gears・Public domain

01為什麼齒形不畫出來

漸開線齒形是一條由數學定義的曲線,畫出來既不精確也沒有意義,加工是靠滾齒刀或插齒刀「創成」出來的,不是照著線切。所以製圖規範規定:齒輪用簡化畫法表示(齒頂圓實線、節圓細鏈線、齒根圓細實線或省略),真正的規格寫在參數表裡。

02參數表的核心欄位

參數符號意義
模數m節圓直徑 ÷ 齒數,決定齒的大小
齒數z一圈有幾個齒
壓力角α漸開線的基準角,標準為 20°
齒制標準齒或短齒;決定齒頂高係數
變位係數x刀具相對於節圓的移動量
節圓直徑dd = m × z
齒頂圓直徑dada = m(z + 2)(標準正齒輪)
齒根圓直徑dfdf = m(z − 2.5)(標準正齒輪)
跨齒厚/棒間距W / M實際驗收的尺寸
精度等級如 ISO 1328 的 6 級、7 級
正齒輪參數表的典型欄位。螺旋齒輪還要加螺旋角與旋向。

03中心距與傳動比

兩個標準齒輪的中心距 a = m(z₁ + z₂) / 2,傳動比 i = z₂ / z₁。這兩個式子看起來簡單,但實務上中心距往往被機構限制成一個固定值,而 m 與 z 又必須是特定的數,這時候就要靠變位

變位齒輪

變位(profile shift)是把刀具相對於節圓往外或往內移動一段距離,改變齒厚與齒形。它的用途有三個:湊出非標準的中心距、避免小齒數的過切(20° 壓力角下 z < 17 會過切)、以及平衡兩齒輪的齒根彎曲強度。圖上若有變位係數 x,所有的直徑計算都要修正。

04齒厚怎麼量

齒厚無法直接用卡尺量,因為節圓上沒有實體可以卡。實務上有三種替代方法。

方法量的是適用限制
跨齒厚 W跨過 k 個齒的兩平行面距離正齒輪、螺旋齒輪齒寬要夠、齒數要足
棒間距 M置入兩根量棒後的外側距離小齒數、內齒輪需要對應直徑的量棒
齒厚游標卡尺指定齒高處的弦齒厚現場快速確認受齒頂圓誤差影響
跨齒厚是最常用的方法,因為量具便宜且不受齒頂圓精度影響。

05精度等級與齒面誤差

ISO 1328 把齒輪精度分成 0 到 12 級(數字愈小愈精密),以幾項獨立的誤差來定義。

  • 齒形誤差 fα:實際齒面與理論漸開線的偏差。
  • 齒向誤差 fβ:齒面沿齒寬方向的傾斜或鼓形偏差。
  • 單一齒距誤差 fp累積齒距誤差 Fp:齒的位置準不準。
  • 徑向偏擺 Fr:齒圈相對於軸心的偏心。

一般工業傳動常用 7~8 級;工具機主軸與減速機常要求 5~6 級;量測用標準齒輪才會到 3 級以下。等級每提高一級,成本通常增加三成以上。

熱處理帶來的變形

滲碳淬火後齒面會變形,所以高精度齒輪的工序通常是「滾齒 → 熱處理 → 磨齒」。圖上若標了 6 級精度又要求表面硬度 HRC 58 以上,就等於指定了必須磨齒,成本結構完全不同。這是報價時最容易漏掉的一個判斷。