摆线齿轮与渐开线齿轮的区别

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  摆线齿轮与渐开线齿轮对比
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  两种齿廓如何生成
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  实际装配中的承载能力、侧隙与噪声
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  每种齿廓如何加工
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  五步检查选定齿廓

渐开线曲线由一条从基圆上展开的紧绷细线上的一点描绘而成。这一条规则赋予渐开线最有用的特性：接触点始终保持在一条直线上，因此齿轮啮合滚动时压力角不变。设计师喜欢这一点，因为数学稳定，而且全世界每一本齿轮样本都使用同一套语言。

摆线齿则由两段圆弧构成。齿顶采用外摆线，由在节圆外侧滚动的圆描绘而成。齿根采用内摆线，由在节圆内侧滚动的圆描绘而成。两段圆弧在节点处相接，滚动作用就发生在该点。载荷在该点从一个齿传递到下一个齿，而不是沿固定的作用线传递。

这种差异听起来偏理论，直到你看接触情况。渐开线副在任意瞬间由两到三个齿分担载荷。摆线副，尤其当一侧是销或滚子时，可由六个或更多齿分担载荷。接触更多意味着每齿应力更低，这就是摆线传动能承受会使渐开线齿面点蚀的冲击载荷的原因。

代价是敏感性。渐开线齿轮能容忍小的中心距误差，因为作用线只是平移。摆线齿轮对齿廓误差的容忍度较低，刀具或销必须与设计半径紧密匹配。纸面上摆线看起来更强。在车间里，它更难保证。

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  渐开线单一曲线，压力角恒定，易于检测。
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  摆线两段圆弧，压力角变化，接触更多。

渐开线轮系的侧隙由齿厚和中心距决定。齿切薄几微米就得到间隙。将轴移开，侧隙几乎随中心距线性增大。这使渐开线传动可预测：你可以用垫片组调整侧隙，并知道在台架上会测到什么。

摆线侧隙的机制不同。在摆线盘传动中，间隙由盘瓣与齿圈销或滚子之间的间隙决定。该间隙是制造尺寸，不是中心距的累积。一旦销和盘制造正确，侧隙在单元寿命内保持很小，这是摆线减速器能保持机器人关节定位精度的原因之一。

噪声方面渐开线占优。恒定压力角和共轭滑动在高速下产生平稳、低振动的啮合。摆线传动运行时会有轻微脉动，因为载荷逐齿通过节点。在3,000 rpm下这种脉动会变得可闻。在以30 rpm转动的机器人臂中，没人听得到。

扭矩密度方面摆线占优。由于多瓣同时啮合，摆线级可在仅几毫米厚的盘中达到10:1或更高的传动比。相同传动比的渐开线副需要多级和更大的壳体。

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  高速、低噪声渐开线胜出，尤其在1,500 rpm以上。
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  高传动比、紧凑摆线以更少零件胜出。
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  侧隙稳定性摆线保持间隙更久。
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  侧隙易调渐开线更易用垫片调整。

渐开线齿轮是较易加工的一方。滚齿用标准刀具一次走刀切出整个齿形，同一把滚刀适用于该模数和压力角下的任意齿数。插齿处理内齿轮和台肩。热处理后磨削使齿面回到公差。我们在内孔和端面跳动上保持±0.005 mm，这是保持啮合安静的关键。

摆线几何打破了这种便利。齿面不是直边成形，因此没有用于该盘的标准滚刀。大多数摆线盘采用成形铣削配成形刀具、淬硬件线切割，或用修整砂轮磨削。齿圈销更简单：车削、淬火，然后压入壳体。

做原型时，线切割通常是加工摆线盘最快的路径。我们可以从 4140 或 4340 上切下 6 mm 厚的盘，淬火到 58 HRC，一次装夹完成轮廓线切割。淬硬钢上的复杂轮廓在我们的线切割机上是常规活，同一份文件后续直接用于批量生产。

材料选择也遵循同样的区分。渐开线齿轮用 1045、4140、4340 或渗碳后的 20CrMnTi。摆线盘通常需要整体淬火，因为齿瓣顶端承受点载荷。有耐蚀要求时，销轴常用 440C 或 17-4PH 不锈钢。低载荷原型下，两种轮廓在铝和黄铜上都好加工。

实际问题是批量。几百件渐开线齿轮便宜，因为滚齿快。几百件摆线盘不便宜，因为每个齿面都要一道轮廓工序。几千件以上，只有摆线盘能冲压或烧结时成本差距才会缩小，而这就改变了公差逻辑。

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  渐开线滚齿和插齿，标准刀具，磨削容易。
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  摆线盘成形铣削、线切割或轮廓磨削。
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  两者发货前 100% 检验，报告按需提供。