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齒輪是通過輪齒嚙合傳遞回轉運動的，它與螺紋同樣是機械設計中必不可少的零件。而且，齒輪也與螺紋一樣分為各種不同的類型，設計高速重載齒輪時其強度計算是必須進行的。  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稱為嚙合點，這個點的運動軌跡稱為嚙合圓。其次，在分度圓的圓周上，一個輪齒兩側齒廓間的弧長稱為該輪齒的齒厚，在齒輪的一個齒槽內其兩側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，也就是說嚙合傳動的輪齒反轉時的游隙稱為齒間隙，為了使齒輪平穩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，就能進行嚙合傳動。表示齒形相同與否用的是將分度圓直徑d（mm）除以齒數z（枚）所得到的值，就是模數（圖2）。模數（m）與分度圓直徑和齒數有m=d/z的關系。例如，分度圓的直徑為50mm，齒數為25 的齒輪模數為m=50/25=2。
圖2 模數 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，作為動力傳遞，直齒圓柱齒輪的應用是最多的。 圖3 各種類型的齒輪傳動 為了抑制直齒圓柱齒輪嚙合時產生的振動或噪聲，有齒向相對于齒輪的軸線傾斜了一個角度的斜齒圓柱齒輪，但斜齒圓柱齒輪有產生軸向作用力的缺點。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，能夠實現旋轉運動和直線運動的變換。相交兩軸間傳動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，需要對輪齒的形狀進行更深入的研究，目前在JIS標準中，采用加工方法簡單、生產效率高的漸開線（圖4）來研究標準輪齒的嚙合傳動。
圖4 漸開線 將直徑尺寸不同的齒輪組合進行嚙合，能夠改變傳遞的旋轉速度。設傳遞運動的主動齒輪與被傳遞運動的被動齒輪的旋轉速度分別為n1和n2、齒數分別為z1和z2、分度圓直徑分別為d1和d2，使用模數就能推導出下式所示的傳遞速度比i的計算式（圖5）。
圖5 齒輪的傳遞速度比 即使嚙合齒輪的數量增加，這一關系的計算式也成立（n3 為第三個被動齒輪的旋轉速度，z3 為第三個被動齒輪的齒數）。
這就是說，齒輪傳遞的速度比是由主動齒輪和被動齒輪的齒數比決定的，而與中間存在的齒輪數量無關。 另外，兩齒輪軸的中心距離a 可用下式表示。
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