齿轮作为机械传动中最基础且关键的部件，其分类方式多样，主要依据齿形、轴线布置形式、传动方式以及应用场景等标准进行划分。以下将系统介绍齿轮的主要类型及其特点，并结合实际应用场景分析其优劣势。
一、按齿形分类
1. 渐开线齿轮
最常见的齿轮类型，齿形为渐开线曲线。其核心优势在于制造工艺成熟、传动平稳且中心距可微调。渐开线齿轮广泛应用于汽车变速箱、工业减速机等领域。根据齿向不同，又可细分为直齿、斜齿和人字齿齿轮。
直齿圆柱齿轮：齿向与轴线平行，结构简单但传动时易产生冲击噪音，适合低速场合。
斜齿圆柱齿轮：齿向与轴线呈一定角度，啮合过程更平顺，承载能力更高，但会产生轴向力，需搭配推力轴承使用。
人字齿轮：由两组对称斜齿组成，可抵消轴向力，常见于船舶推进系统等重载场景。
2. 圆弧齿轮（诺维科夫齿轮）
齿形为圆弧状，接触强度比渐开线齿轮高30%-50%，适用于矿山机械、轧钢机等重载设备。但其对制造精度和安装要求极高，且中心距不可调整。
3. 摆线齿轮
采用摆线齿形，多用于钟表、仪器仪表等精密传动领域。其特点是传动比精确、噪音极低，但承载能力较弱。
二、按轴线布置形式分类
1. 平行轴齿轮
包括直齿、斜齿圆柱齿轮及人字齿轮，两轴轴线平行，如汽车差速器中的齿轮组。
2. 相交轴齿轮（锥齿轮）
用于传递相交轴间的动力，典型代表是直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮。
直齿锥齿轮：加工简单但传动平稳性较差，常见于农机具。
螺旋锥齿轮：齿线为曲线，啮合更平顺，用于汽车后桥主减速器。
零度锥齿轮：螺旋角为零，兼具直齿与螺旋锥齿轮的特点，适用于空间受限场合。
3. 交错轴齿轮
包括蜗轮蜗杆和交错轴斜齿轮。蜗轮蜗杆传动比大（可达100:1）、自锁性强，但效率较低（通常40%-60%），多用于升降机构。而交错轴斜齿轮传动效率较高，但承载能力较弱。
三、按传动方式分类
1. 外啮合齿轮
两齿轮外齿相互啮合，转向相反，如常见的变速箱齿轮。
2. 内啮合齿轮
大齿轮内齿与小齿轮外齿啮合，转向相同，结构紧凑，用于行星齿轮机构或液压马达。
3. 齿轮齿条机构
将旋转运动转换为直线运动，广泛应用于机床导轨、起重机行走机构等。
四、特殊功能齿轮
1. 行星齿轮
由太阳轮、行星轮和齿圈组成，具有高功率密度和多种传动比组合，是自动变速箱的核心部件。其优势在于载荷分散、体积小，但结构复杂。
2. 非圆齿轮
节曲线为非圆形，可实现变传动比运动，用于包装机械、流量计等特殊工况。
3. 塑料齿轮
采用POM、尼龙等材料，具有减震、耐腐蚀特性，但承载能力有限，适用于家电、医疗器械等轻载场景。
五、齿轮材料与工艺选择
齿轮性能与材料及热处理工艺密切相关：
低碳合金钢（如20CrMnTi）经渗碳淬火后，表面硬度可达HRC58-62，用于汽车齿轮。
中碳钢（如45钢）调质处理后适用于一般工业齿轮。
铸铁齿轮成本低且减震性好，但强度较低，多用于农机。
粉末冶金齿轮可一次成型复杂齿形，适合大批量生产。
六、齿轮技术发展趋势
1. 高精度化：数控磨齿技术使齿轮精度可达ISO 3级，噪音降低5-8分贝。
2. 轻量化设计：通过拓扑优化和复合材料应用，齿轮重量可减少20%以上。
3. 智能化监测：集成振动传感器实时检测齿轮磨损状态，预防故障发生。
总结来看，齿轮的分类体系反映了机械设计中对效率、载荷、空间等要素的权衡。未来随着增材制造、智能材料等技术的发展，齿轮将向更高性能、更定制化的方向演进。工程师需根据具体工况，从传动比、效率、寿命等多维度综合选择齿轮类型，以实现传动系统的最优设计。
