由於圓錐齒輪大端球面漸開線無法展成平面曲線研究,給圓錐齒輪的設計和製造帶來很多困難,故工程套用中採用一種近似方法來處理,即用平面漸開線近似代替球面漸開線。方法大體分成兩步:首先將大端的球面用錐面代替,然後再將錐面展成平面。
圖5.9.3-1為一標準直齒圓錐齒輪的軸向半剖面圖。OAB為其分度圓錐,如果大端齒廓為球面漸開線,和為輪齒大端球面上齒頂高和齒根高。過A點作直線AO1垂直AO,與圓錐齒輪軸線交於點O1,構想以OO1為軸線,O1A為母線作一圓錐O1AB,該圓錐稱為直齒圓錐齒輪的背錐(backcone)。顯然背錐與球面切於圓錐齒輪大端的分度圓上。
現將球面漸開線齒廓向背錐上投影,在軸剖面上得a´和f´點,由圖看出,a´f´和相差極微,而且當球面漸開線半徑R與輪齒大端模數m的比值越大時(一般R/m>30)兩者相差更小。所以可用背錐上的齒形近似代替大端球面上漸開線齒形。由於背錐可以展成平面,最終將球面問題簡化成平面問題處理。
為兩相嚙合的圓錐齒輪及相應的背錐O1AC、O2BC。將兩背錐展成平面後即得兩個扇形齒輪該扇形齒輪的模數、壓力角、齒頂高和齒根高分別等於圓錐齒輪大端的模數、壓力角、齒頂高和齒根高,其齒數即為實際齒數z1和z2,其分度圓半徑rv1和rv2就是背錐的錐距(backconedistance)和。
如果將這兩個扇形齒輪補足成完整的直齒圓柱齒輪,則它們的齒數增加為zv1和zv2。人們將這兩個構想的直齒圓柱齒輪稱為這一對圓錐齒輪的當量齒輪,其齒數zv1和zv2就稱為當量齒數。最終完成了以圓錐齒輪的模數與壓力角,以齒數為zv的直齒圓柱齒輪的齒形來近似代替圓錐齒輪的大端齒形。
將代入得
(5.9.3-1)
由此計算所得當量齒數zv一般不為整數,可近似取整。
引入背錐和當量齒數的概念,就可以將直齒圓柱齒輪的某些原理近似地用到圓錐齒輪上。如直齒圓錐齒輪的正確嚙合條件可從當量圓柱齒輪嚙合得到,即兩輪大端的模數和壓力角應分別相等。又如,直齒圓錐齒輪無根切的最少齒數zmin與當量齒輪的最少齒數zvmin之間的關係為
zmin=zvmincosd
由此可見zmin<zvmin。