齿轮的齿数为什么说不能少于17个?如果少于17个,会发生什么?

 166    |      2025-12-06 03:39

很多人都听说过一句话:齿轮的齿数少于17个就转不动了。可现实中,齿数不到17的齿轮一点也不少见,看着转得挺顺溜,也没见谁卡住不动。那这句明显和事实对不上的说法,是怎么流传出来的?又为什么偏偏是“17齿”,而不是别的数字呢?

要搞懂这个问题,得先弄清楚齿轮是咋加工出来的。最省事儿的办法,是直接拿铣刀一刀一刀地把齿切出来。

不过,这种“刻一齿算一齿”的方式效率不高,于是就有了工业上更常用的一种加工手段——范成法。简单来说,就是用滚刀一边转一边切,被加工的轮坯也跟着转动,最后齿形就被“范成”出来了。

范成法之所以好用,是因为它利用了渐开线齿形的特性来设计齿轮。那什么叫渐开线呢?想象一条绳子缠在圆柱上,把绳子末端系上一支笔,绕着接触点BK缓慢展开绳子,笔尖走过的轨迹AK,就是一条渐开线。

为了避免这种情况,就得让参与啮合的两者法向齿距相等。当刀具与被加工齿轮的模数、压力角都已经选成一样时,影响是否发生根切的,就只剩下一个因素:齿数。

不过,任何方法都有前提条件——如果刀具和被切齿轮的模数、压力角不一致,两者之间的啮合关系就会出问题,出现一种现象:根切。那什么叫根切?它对齿轮有什么坏处?假设拿两个模数不同的齿轮,让它们强行啮合在一起。你会发现,这两个齿轮的齿形发生了重叠,上面的齿轮在啮合处的法向齿距明显比下面的小:

P₁ < P₂可以想象,在用滚刀切齿的时候,如果刀具和齿轮本身不能正确啮合,那么刀具就会把齿根多削掉一块——这就是根切。虽然这样加工出来的齿轮依然能转,但齿根变薄,强度下降,更容易折断;同时有效啮合长度缩短,传动过程也会变得不那么平稳。为了避免这种情况,就得让参与啮合的两者法向齿距相等。当刀具与被加工齿轮的模数、压力角都已经选成一样时,影响是否发生根切的,就只剩下一个因素:齿数。

那为啥会冒出一个“17齿”的说法?这是根据我国标准渐开线直齿圆柱齿轮算出来的结论:当齿顶高系数为1、压力角为20°时,齿轮的齿数只有大于17,其齿根才不会发生根切。

也就是说:大于17齿:按标准参数切齿,不会根切;小于或等于17齿:按这个标准切,就有根切风险。注意,这并不是“17齿以下的齿轮不能转”,而是“按这套标准参数直接加工会产生根切,需要特殊处理”。当然,工程上也不是遇到小齿数齿轮就束手无策,还有不少办法可以避免或减轻根切问题。比如:变位齿轮——切齿时把刀具稍微远离轮坯,让刀具的分度线不再和轮坯的分度圆相切,通过调整啮合位置来减少齿根被多切掉的部分。再比如:斜齿轮——让刀具与轮坯表面形成一定的螺旋角,再进行切削,这样啮合时是“逐渐进入、逐渐退出”的,啮合线变长,承载能力和传动平稳性都能得到改善,同时也有利于控制根切。

所以,总结一下:“少于17齿的齿轮不能转”是误传;真相是:在20°压力角、齿顶高系数为1、标准渐开线直齿圆柱齿轮的条件下,齿数小于等于17时,用标准方法加工会出现根切;只要采用变位、斜齿等设计与加工方法,小齿数齿轮一样可以好好工作。