MITCalc Gear 軟體

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B94611034 張延瑋

正齒輪可以說是精密傳動機構的基礎。只需要簡單地輸入齒輪箱所需的：傳送功率、模數、齒數、減速比、齒輪材質、壓力角、螺旋角、齒輪精度等級、...等等參數，MITCalc Gear 軟體就能快速完成齒輪對設計工作，算出各項必要的齒輪參數。

MITCalc Gear 的計算結果，絲毫不遜色於數萬元的專業級齒輪設計軟體。同時，也和許多設計輔助軟體一樣，可以將齒輪輪廓輸出成 DXF 檔案，或是輸出供Autodesk Inventor 或 SolidWorks 匯入建立 3D 模型。

MITCalc Gear 軟體下載英文版-完整原始檔案，含安裝。
下載 (2.2 Mb)
http://www.mitcalc.com/download/MITCalcSGear01.exe

下載中文界面檔-僅 XLS 計算資料。
下載 - 公制 (456 Kb)
http://www.geocities.com/wafegine/calc/mitcalc/gear_01.zip

下載 - 英制 (448 Kb)
http://www.geocities.com/wafegine/calc/mitcalc/gear_in_01.zip

下載 - 傳動比 (172 Kb)
http://www.geocities.com/wafegine/calc/mitcalc/geardata_01.zip

註：中文界面 XLS 檔不能單獨執行。請先安裝英文完整版，再將中文化檔案複製到 MITCalc 目錄 (或是適當目錄) 裡，點選中文界面的 XLS 檔案，即可在中文環境下執行計算。

MITCalc 系列 (多國語言版) 工程計算 / 設計軟體(MITCalc Integrated Environment) 是整合在
微軟 Microsoft EXCEL 環境下的套裝設計 / 計算工具。

為何選用 Microsoft Excel 當作軟體平台，而不自行發展獨立的應用程式呢？MITCalc 的想法是：

微軟出品 Microsoft Excel 明顯是良好的產品，這個程式提供廣泛的選項、以及使用者自訂 (控制元素、程式化語言、桌面格式化、... 等等) 功能. 這些特性注定她它成為：工程學、產業界、以及科技計算領域的重要工具。主要利益有：

軟體資源 - 操作資源豐富、使用者眾多、支援多種操作平台 (Windows、Apple)。

使用者介面 - Excel 能夠我們針對特定類型的工作，設計親和的使用者環境。

開放式解答 - 使用者可以根據他們自己的需求和用途，輕易地修改或延伸計算程序。

解答複雜的問題 - 彼此互相連接的一系列計算 (包括分散的資料表)，為複雜的問題提供快速的解答準備工作，並且是完成乾淨俐落的解答。

資料分享 - 一系列不同類型的程式 (包括許多 CAD 系統) 能夠直接與 Excel 資料表協同工作。

資訊交流 - 資料傳送簡單化，在送出一份設計手冊的同時， 也送出完整的計算資料和計算步驟。

出版活動 - 您可以很容易地將計算結果出版發行到網際網路、或企業網路，且列印報表的格式容易調整。

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直傘齒輪齒形

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B94611034 張延瑋

斜齒輪是傳遞相交軸與交錯軸傳動的主要零件，在傳遞交軸傳動的零件中，
它能以較高的效率、更平穩地傳遞轉矩。它不但能傳遞兩軸線相交成直角的轉動
，也能傳遞兩軸線相交成鈍角或銳角的轉動。

直齒傘齒輪是以最單純的形狀所形成的斜齒輪，若將它的齒轍向內側延長時
，就會具有軸心上會於一點筆直的齒形，這種直齒傘齒輪，一般都用於較低速之
下的的操作情形來使用，無論在汽車工業或其他產業上對直齒傘齒輪的需求是相
當大的，因直齒傘齒輪的優點在於安裝時儘篦有些許的誤差或由於負荷而產生了
變位等，也不會有應力集中到齒之端部的情形而對於破壞也是安全的。且直齒傘
齒輪的齒形非常適用於高精度鍛造齒輪的設計製造上。

傘齒輪的齒形工方法很多，必須根據零件的結構、材料、熱處理、齒輪精度
及生產批量等一系列因素，選擇最適合的加工方法。一般工業上傘齒輪的切削加
工方法有三大類：
(1)滾切法(generate)，圖2為Gleason NO.710機台以雙刀盤銑齒法製成直傘齒。
(2)成形法(format)，圖3 為Gleason NO.710機台就是以成形法加工直傘齒。
(3)仿形法


圖2Gleason NO.104機台


圖3Gleason NO.710機台

齒輪的主要切削製造程序為原料->鍛胚->粗切削->熱處理->精切削->研磨。
其程序複雜且費時，無論在粗切削、精切削、研磨時以成形法來製造必須一齒一
齒往複式銑削，齒數越多越費時，對於精度的要求高，成本當然高。鍛造為以高壓
一次成形，在時間上就相當節省；在材料的強度上，鍛造品在抗彎強度和衝擊強度
的實驗證明下都比切削品高，如以精密鍛造齒輪的技術來製成，可在製成上大量的
節省成本及時間，提升產業的競爭力。


圖4鍛造直齒傘齒輪應用於沙灘車

針對直傘齒輪之設計，本實驗室開發一套直傘齒輪設計軟體，可以模擬Gleason公司的直傘齒創成機台，輸出齒輪製造數據及量測程式如圖5，並輸出3D模型
如圖6以供製造齒輪。


圖5鍛造直齒傘齒輪應用於沙灘車


圖6直傘齒輪3D模型 Read more!

齒輪齒形曲線

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B94611034 張延瑋

*齒輪齒形曲線有下列兩種:

1.漸開線齒輪

漸開線的形成這裡有圖示



係將繞於基圓外之直線展開，其端點所的弧線，即為漸開線。

漸開線齒輪的特性 :

• (1) 基圓愈小，漸開線曲率就愈大，基圓愈大，漸開線愈
• 平直。
• (2) 漸開線上任何一點作切線，再作法線，法線必定與基
• 圓相切。
• (3) 漸開線齒輪之周節與壓力角相同即可嚙合。
• (4) 兩齒輪之轉速比與基圓直徑成反比。

2.擺線齒輪

擺線齒輪形成這裡有圖示



一滾圓在節圓之外方滾動，滾圓上任意點之軌跡，即為外擺線常作為齒面屈曲線。
另一滾輪圓在節圓之內部滾動，滾圓上任意點之軌跡，即為內擺線，此內擺線
常作為齒腹曲線。

擺線齒輪之特性 :

• (1) 擺線齒輪相互作用的齒面與齒腹，必須由同一滾圓所
• 產生的內擺線與外擺線。
• (2) 嚙合齒輪組的軸心距離要保持一定。
• (3) 產生同一齒輪的齒腹與齒面，所用之滾圓可以不同。
• (4) 接觸路線永遠在母圓上。

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面齒輪

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B94611034 張延瑋



面齒輪傳動裝置的主要包括一圓柱齒輪及一面齒輪結合而成，用來傳遞傳動軸
與被動軸包函一交角之運動，面齒輪較傘齒輪多了一軸方向之裝配自由度的優點且
對裝配誤差較不敏感，較易於齒形修整與背隙調整，也有較高的接觸率，但面齒輪的應
用受到相當的限制在於面寬問題，如內徑有過切問題，外徑有尖角。強度上受到相當的
限制，所以常使用於低速、低動力傳動，但如能以系統的方法避開設計限制，面齒輪對
之傳動將有相當大之效用。

面齒輪不只應用在釣魚捲線器無鏈式腳踏車及機車化油器等低速、低動力系統上，
根據波音公司對面齒輪的一項報導，面齒輪驅動系統已相當多應用於的需要高速、高動力
的航空器上，如直升機的設計要求輕量化，若以面齒輪做分擔動力傳輸可達上述目的面齒輪應用
於直升機傳動系統)，且在NASA Lewis螺旋斜齒輪測試機上對四組面齒輪(1/2尺寸)100%及200%設計扭力，19100 rpm小齒輪轉速，三仟萬轉之測試，由測試的結果顯示面齒輪能合適於高速、高動力傳輸的應用。


魚捲線器上


-機車化油器之零件


-直升機傳動系統

討論面齒輪之應用範圍就必需先比較一般常用來改變傳動方向之傘齒輪與面齒輪之差別，面齒輪
組擁有一個相當便宜之圓柱小齒輪(正齒輪或螺旋齒輪)，不僅易於製造及替換且比起傘齒輪來說，對
於安裝位置的不敏感，在於齒形修整方面也有相當之彈性。因為面齒輪組之圓柱小齒輪多了軸方向之自由度且在徑向也不敏感，用於需要相當高精度之分擔動力系統上有相當大之好處。


傘齒輪與面齒輪在直升機傳動系統上比較

但面齒輪組之設計限制就比傘齒輪組嚴格，面齒輪組大都應用於減速比大於3.5以上，因為面齒輪與圓柱齒輪之節曲面不平行，只有在P點重合，所以面齒輪之面寬是最大之問題，在內徑有過切現象如(應用於直升機傳動系統圖中A截面)，在外徑有齒形變尖現象(圖1之B截面)，且在齒輪
接觸線上常嚙合於內端部分，所以需要從齒形修整上下工夫。



傘齒輪與面齒輪幾何圖比較


面齒輪齒形圖(圖1)


- 面齒輪齒形圖(圖1)

針對面齒輪設計及製造上，國立中正大學精密傳動實驗室發展一套商用軟體面齒輪齒形設計軟
體(如下圖)，可設計面齒輪齒形，預防內徑過切、外徑變尖，齒形修整，嚙合模擬，並輸出3D-CAD模型以供製造(如圖)，輸出齒輪量測程式以供檢測。



面齒輪齒形設計軟體




-面齒輪3D-CAD模型



-面齒輪檢測過程

齒形修整於面齒輪上，依照面齒輪與小齒輪嚙合接觸線之走向來調整接觸路徑與接觸率，如下圖所示，面齒輪之接觸路徑為紅色點，粉紅色為模擬接觸齒印



面齒輪設計分析軟體之接觸區與運動曲線圖表 Read more!

如何測定齒厚呢?

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在課本上有提到齒厚之計算用以分析齒輪軸承受應力及其應變
書上內容是利用漸開線函數 或用MATLAB函數之ainv()來求得齒厚
關於齒厚測定之種類 是可分成三種1.弦齒厚2.跨齒厚3.跨銷值
1.弦齒厚(節圓弦齒厚) (量測弦齒厚應在節圓處)



在量測時是以齒頂為基準,量測左右兩側齒面與節圓相交處的齒厚。
關於將齒厚游標卡尺的用法及順序說明於下:
(1)先把本尺爪對準滑塊爪,使齒厚尺的 0 點確定。此時因卡尺兩爪部的
前端容易磨損,必須小心。

(2)把量齒高的榫舌對合卡尺的齒高,用進給螺絲固定。然後用進給輪來
移動齒高滑塊,使它對準游標卡尺,再用固定螺絲把滑塊固定。

(3)把榫舌的測定面接觸到齒輪的齒冠圓(外周),推動進給輪來進給齒厚
滑塊,使滑塊爪的測定面與齒面接觸時,由游標卡尺的刻度讀出其尺寸 。
齒厚滑塊的進給法與高滑塊相同。

2.跨齒厚 (跨齒數的選擇最好能使量測的接觸點置於節圓處)



測定部位在齒輪圓周上各差90度的齒寬中央處。用錶規與
卡尺組合而成的測定器,在小齒輪的測定時非常方便。

3.跨銷值 (量測的直線距離要能垂直齒輪軸線方向)



齒厚測定方面還有銷徑(Over Pin)法。這是在相對於正齒輪直徑上的齒溝(偶數溝)
中各插入銷,然後測定其外側尺寸(內齒輪時測其內側尺寸),而求出齒厚的方法。
在螺旋齒輪的情況,外齒是量測兩量銷或珠子外側的距離,內齒輪是量測兩個珠
子中間的距離。


*另外齒厚的量測位置在弦齒厚與跨齒厚的量測位置應取齒面寬一半處,每隔大約90度作
一選擇來量測。跨銷值法亦置於齒面寬的一半處,以大約垂直的 兩跨銷處作量測。 Read more!

凸輪

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B94611034 張延瑋
推薦不錯的網站 裡面介紹了許多的機械原理
對於我們學過的連桿機構、齒輪、凸輪做了配合動畫清楚描述的教學方式
內容簡單明瞭，對於不同類型的機構亦會做相關的比較。
從當中能瞭解機件、機構及機械的定義及區別，機件之種類，幫助我們瞭解機件支各種運動傳達的方法。
在凸輪的部分除了介紹課本書上有提到的確動凸輪(Positive Motion Cam)，另外提到了
立體凸輪，包括了圓柱形凸輪(Cylindrical Cam)、圓錐形凸輪(Conical Cam)、端面凸輪(End
Cam)、球形凸輪(Spherical Cam)、斜盤凸輪(Swash Plate Cam)
以下圖為斜盤凸輪
http://content.scvs.tpc.edu.tw/top1/chap13/images/gif/ch13-35.gif">

其從動件在凸輪斜盤上之相對動路為橢圓形。
以下為此網站的網址:
高職機械原理 http://content.scvs.tpc.edu.tw/htm/top1-all.htm Read more!

張延瑋的話

第一次這樣使用部落格 還有點生疏，相信往後頻繁的使用部落格繳交作業， 更能體會到其效率以及方便性。現今的機械基本原理多由槓桿 、輪軸、滑輪、楔形錐與螺旋等單元機械衍生組合來的。 看似簡單的機械具有著潛在的力量， 帶給人生活的一大進步。

機械設計之能否成功取決於是否選用了最適當的機械機構，而機構設計和分析能力的訓練乃是任何一位機械工程師養成教育中最重要的一環。

網頁A 此網頁建構一個結合機構設計及網路多媒體技術之「機動學輔助教學系統」，其主要設計理念在於將機動學相關之原理、設計案例，以文字、圖片、動畫方式透過網路多媒體技術呈現。

機構與機械兩者，其所代表的意義，不完全相同；機構可說是機械中的一個組合，即機構是屬於機械中的一份子，而機械則是代表整體，泛指能使能量轉變為功者。

http://mmrl.cgu.edu.tw/rehab/mme/rehab/organize/chap2.htm 此網頁對機電整合做基本的介紹。

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