W当我还是个孩子的时候，在每个操场上都能找到旋转木马。这是一个简单的装置，由一个圆形平台组成，平衡在一个中央旋转底座上。平台外侧有手柄，既可以作为推进方式，也可以作为支撑，防止因向心力而飞离骑乘设施。这个简单的装置结合了以下问题：“我需要施加多大的负荷才能使它旋转？我能使它转多快？我能抵抗住把我拉下的力吗？”设计齿轮时，需要提出类似的问题，以便为应用选择合适的齿轮系统。
与州际公路非常相似，有建议的最大传动速度。所有齿轮都可以与安装在其上的轴一样快地工作，只要它们没有与其配合的齿轮啮合。一旦齿轮成为啮合副的一部分，齿轮可以操作的最大速度就会受到严格限制。对于蜗轮副，实际速度限制为1800 rpm。这些齿轮需要比其他齿轮更低的速度，因为蜗轮的集中部分与蜗轮持续啮合。由于这一小面积受到持续摩擦的影响，蜗杆中积聚的热量将超过润滑剂在1800 rpm以上转速下冷却蜗杆的能力。对于伞齿轮，实际速度限制为3600 rpm。对于这些齿轮，限制也是由于摩擦和润滑造成的。当这些齿轮以3600 rpm以上的速度运行时，润滑剂无法形成限制表面磨损所需的保护膜。如果齿轮浸没在油浴中，高速时的轮齿会搅动油。导致产生油泡沫。如果齿轮受到施加的油雾的影响，向心力会将油从啮合中排出。对于正齿轮和斜齿轮，实际速度限制为6000 rpm。
传动装置的另一个限制因素是扭矩能力。扭矩和速度具有成比例的反比关系。随着速度的增加，齿轮副的扭矩能力降低。因此，需要处理大扭矩的齿轮系统应设计为以较低的速度运行（图1）。
扭矩与作用在变桨线上的力（载荷）有关，定义如下：
T=F x L
哪里
T=扭矩（NM）
F=节线上施加的载荷（牛顿）
L=中径的1/2（米）
如果我们剖析这个方程，我们可以看到，如果节线上施加的力保持不变，我们可以增加节径以增加扭矩（图2）。相反，如果我们增加施加的扭矩，并保持中径不变，则节线上的力会增加。了解这些关系后，您可以看到，如果您的应用程序需要增加齿轮传动的输出扭矩容量，则可以增加输出齿轮的齿数。然而，这将改变输出速度，因为轮齿的比率也将改变。例如，如果您有一个应用程序，其中驱动齿轮为20齿斜齿轮，从动齿轮为30齿斜齿轮，则速比将为30/20或3:2。通过将从动齿轮增加到45齿，可以将输出扭矩增加50%，但输出速度将下降到4:2。
对于齿条和齿轮系统，这些因素非常重要。在这种情况下，齿条是静止的，因此最大容许力由齿根处的剪切强度确定。如果选择中径较小的小齿轮，则施加的扭矩将在齿条上施加较大的力。但是，如果增加小齿轮的节圆直径以降低施加在齿条上的力，则齿条节圆线到电机轴中心线的偏移量将更大。
有关齿轮应用的速度、负载和扭矩的最后考虑是齿轮的预期寿命。对于大多数工业应用，假设齿轮的使用寿命为26000小时。这是基于10年内每天10小时、每周5天、每年52周的寿命。如果您驾驶的赛车的发动机或变速器寿命仅为100小时，则扭矩、速度和力的计算结果将显著不同。如上所述，工业自动化应用中斜齿轮的实际速度限制为6000 rpm；然而，在IndyCar中，它们的转速高达12000 rpm。
