齒輪設計過程，齒輪應該這樣設計

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發表于 2023-11-29 10:38:20 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

齒輪是機械設備中應用最常見的機械零件，其主要功能是傳遞動力、改變運動速速和方向，是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞功率可達近十萬千瓦，其主要特點：效率高、結構緊湊、工作可靠，壽命長、傳動比穩定。

齒輪材料的選取

齒輪材料的種類很多，在選擇時應考慮的因素很多，根據齒輪的工作條件及失效形式，要求制造齒輪的材料應具有下列性能：

1）高的彎曲疲勞強度，足夠的齒心強度和韌性，防止疲勞、沖擊和過在斷裂；

2）高的接觸疲勞強度及高的齒面硬度和耐磨性，防止齒面損傷；

3）良好的切削加工性能和熱處理工藝性能及焊接工藝性能。

齒輪材料的選擇原則

（1）齒輪材料必須滿足工作條件的要求，這是選擇齒輪材料首先考慮的因素；

（2）應考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；

（3）正火碳鋼，不論毛坯的制作方法如何，只能用于制作在載荷平穩或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷，調質碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪；

（4）合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪；

汽車、拖拉機齒輪主要分裝載變速箱和差速器中，他們工作時，承受載荷大，超載和受沖擊頻繁，工作條件惡劣，目前廣泛使用的齒輪用鋼是 20CrMnTi合金滲碳鋼，該鋼具有較高的強度（σ=1100MPa），經淬火及低溫回火后，表面硬度可達HRC58～62，心部硬度為HRC30～45，并具有較好的切削加工性能和熱處理工藝性能，滲碳速度快，淬火變形小，對過熱不敏感，滲碳后可直接淬火。

齒輪參數的初步確定

齒輪傳動的主要尺寸，可按下述兩種方法來確定：

（一）除受外部結構尺寸限定外，可參照同類產品用類比法確定，然后再進行強度校核，確定齒輪的參數

1.模數和壓力角

齒輪模數的因素很多，其中最主要的是齒輪的強度、質量、傳動噪聲、工藝要求。減小模數，增加齒寬會使傳動噪聲降低，反之則能減輕變速器的質量。主要從工藝要求出發，所有斜齒輪的法向模數均取mt=5mm，所有直齒輪的模數均取m=4mm。

國家規定齒輪的標準壓力角為20°，所以變速器齒輪普遍采用的壓力角為20°。

2.螺旋角

變速器斜齒輪的螺旋角一般為10 °~35 °。設計時，應力求使中間軸上同時工作的兩對齒輪產生軸向力平衡，見下圖一，因為中間軸上全部齒輪的螺旋方向應一律取為右旋，而第一、第二軸上的斜齒輪應取為左旋，軸向力經軸承蓋作用到殼體上。

中間軸軸向力的平衡

由上圖可知，欲使中間軸上兩斜齒輪的軸向力平衡，需滿足下述條件：

由于傳遞的轉矩T=Fn1r1=Fn2r2,為使兩軸向力平衡，必須滿足

根據上述條件，齒輪節圓半徑r大，螺旋角β要相應取大，但實際上往往為了加工方便，所有斜齒輪采用一種螺旋角。