在机械装置中，锥齿轮以其轴线彼此成直角的特性发挥着重要作用。锥齿轮主要用于转换空间旋转方向。
- 简述锥齿轮的基本概念
- 探讨节锥的特性
- 齿形分类：直齿锥齿轮与螺旋锥齿轮
- 介绍平面（冠）齿轮的结构
- 认识齿轮的工作原理
深入解析
不同于圆柱齿轮的轴线总是平行排列，锥齿轮的轴线可灵活旋转至任意角度，常见的如90°排列。拥有非平行轴的齿轮箱被称为锥齿轮箱。
在锥齿轮箱中，其锥齿轮的轴线通常设计为相互垂直。如图所示，锥齿轮组包括大轮和小轮，彼此相互作用以实现旋转方向的转变。
以手钻为例，初级传动常采用直齿轮，而次级传动则采用锥齿轮，其能够将旋转轴旋转90°。随着传动级别的增加，曲轴的速度也会相应提升，从而达到钻头所需的高转速。
关于锥齿轮的外观，较大的锥齿轮也被称为齿圈。它由较小的锥齿轮驱动，这个驱动的锥齿轮也有专门的称谓。
锥齿轮的形状基于截锥（也称为节锥）。在此截锥的侧表面上排列着齿，两对锥齿轮的节锥在相互滚动时保持相同的圆周速度而不发生滑动。
值得一提的是，锥齿轮的轴线相交于一点，这个交角通常为90°。此交点实际上是假想节距圆锥尖端相交的点。
与圆柱齿轮相似，锥齿轮也可拥有不同的齿形。接下来将详细描述其中最为重要的齿形特点。
图示直齿锥齿轮，其某些缺点将在后续关于圆柱齿轮的文章中详细解释。该类齿轮的整个齿面宽度突变可能导致高噪音水平。
为了改善这一问题，可以采用螺旋形状的锥齿轮。螺旋的形状可以是渐开线、摆线或圆形。图示为螺旋锥齿轮的形态。
相较于直齿锥齿轮，螺旋锥齿轮提供了更优的啮合条件、更高的扭矩传递、更低的噪音以及更高的安装公差。在机械工程中更倾向于使用螺旋锥齿轮。
当锥齿轮的节距角（即锥角）逐渐增大至极端情况下的90°时，会出现一种特殊的锥齿轮。随着节锥“高度”的减小，在90°极端情况下，它实际上变成了一个平面冠状齿轮。
动画展示了从锥齿轮过渡到平面冠状齿轮的过程。
平面冠状齿轮与常规锥齿轮的配合需注意轴角问题。特别是当小齿轮为直齿轮时，需确保其能够适应平面冠状齿轮的不同圆周速度。
图示展示了平面冠状齿轮（环形齿轮）与常规锥齿轮（小齿轮）的组合。它们在机械传动中发挥着各自独特的作用。
可以认为冠齿轮是锥齿轮的一种变体。在这两种情况下，“弯曲”的几何体最终被展平为平面。冠齿轮的产形几何体实际上是一个传统锥齿轮。
当使用传统直齿轮作为小齿轮时，会遇到特殊的冠齿轮情况。小齿轮在本质上是在弯曲成环的齿条上滚动。其牙齿排列在平面上，外观上类似于牙冠上的牙齿。
图示齿轮的结构和工作原理。动画展示了齿轮的工作过程及其与配合齿轮的互动。
齿轮相较于圆锥形锥齿轮允许其配合的齿轮轴向位移。它不会像锥齿轮那样产生轴向力。
由于齿轮的圆周速度向外增加，而直齿轮的圆周速度保持恒定。为了实现无滑动的滚动过程，齿轮的齿形必须沿径向适应压力角的变化。
需要明确的是，冠齿轮并非严格意义上的锥齿轮，因为其节锥不再是典型的锥体。与普通锥齿轮相比，冠齿轮可以实现一定范围内的轴角变化，通常这个范围在0°至180°之间。