齒輪設(shè)計(jì)過程，齒輪應(yīng)該這樣設(shè)計(jì)

一往冇前

齒輪是機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用最常見的機(jī)械零件，其主要功能是傳遞動力、改變運(yùn)動速速和方向，是機(jī)械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞功率可達(dá)近十萬千瓦，其主要特點(diǎn)：效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，壽命長、傳動比穩(wěn)定。

齒輪材料的選取

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

1）高的彎曲疲勞強(qiáng)度，足夠的齒心強(qiáng)度和韌性，防止疲勞、沖擊 和過在斷裂；

2）高的接觸疲勞強(qiáng)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(yīng)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(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷，調(diào)質(zhì)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(jī)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(qiáng)度（σ=1100MPa），經(jīng)淬火及低溫回火后，表面硬度可達(dá)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(shù)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(jié)構(gòu)尺寸限定外，可參照同類產(chǎn)品用類比法確定，然后再進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定齒輪的參數(shù)

1.模數(shù)和壓力角

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

國家規(guī)定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)時，應(yīng)力求使中間軸上同時工作的兩對齒輪產(chǎn)生軸向力平衡，見下圖一，因?yàn)橹虚g軸上全部齒輪的螺旋方向應(yīng)一律取為右旋，而第一、第二軸上的斜齒輪應(yīng)取為左旋，軸向力經(jīng)軸承蓋作用到殼體上。

中間軸軸向力的平衡

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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：

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由于傳遞的轉(zhuǎn)矩T=Fn1r1=Fn2r2,為使兩軸向力平衡，必須滿足

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根據(jù)上述條件，齒輪節(jié)圓半徑r大，螺旋角β要相應(yīng)取大，但實(shí)際上往往為了加工方便，所有斜齒輪采用一種螺旋角。

3.各擋齒輪齒數(shù)的分配

配齒的目的是確定變速器各擋齒輪的齒數(shù)，一般是在已知變速器各擋的傳動比和選定了軸中心距以及齒輪模數(shù)等條件下配齒的，與變速器的結(jié)構(gòu)形式密切相關(guān)。

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齒數(shù)和只能是整數(shù)，又因齒輪對的模數(shù)相同，故各擋齒數(shù)和也相同。

確定齒數(shù)

主、被動齒輪的齒數(shù)z與z’一定滿足下式

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式中ib ——各擋傳動比。

所以初選中心距、齒輪模數(shù)以后，可根據(jù)變速器的擋數(shù)、傳動比和傳動方案來分配各擋齒輪的齒數(shù)，在確定了每級的傳動比和中心距，進(jìn)而確定各級幾何參數(shù)。

齒輪幾何尺寸計(jì)算

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6 ]$ J! y5 f0 j齒輪強(qiáng)度

齒輪的失效形式：1.輪齒斷裂，2.齒面磨損，3.齒面點(diǎn)蝕，4.齒面膠合，5.塑性變形

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由上式可知，軸向力Fa與 tanβ成正比，為了不使軸承受過大放入軸向力，斜齒圓柱齒輪傳動的螺旋角β不宜選得過大，常在β=8°~20°之間選擇。

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1 Y5 G2 k5 h# P齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在保證齒輪和使用壽命的前提下，盡量減小齒輪的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，使得設(shè)備總重量減小及換擋操縱輕便。通常是通過改變齒輪的結(jié)構(gòu)形式，如將齒輪加工成腹板或孔板式，來實(shí)現(xiàn)齒輪的削減。

齒輪精度設(shè)計(jì)

1．確定齒輪的精度等級

根據(jù)齒輪具體的使用工況計(jì)算出圓周線速度，再依據(jù)手冊選擇精度等級。

2．確定齒輪副側(cè)隙和齒厚偏差

3．確定齒輪精度檢驗(yàn)項(xiàng)目及其公差

如：齒距累積總偏差FP、齒廓總公差Fα、螺旋線總公差Fβ和徑向跳動公差Fr。

4．確定齒坯精度

齒坯的尺寸偏差和齒輪箱體的尺寸偏差對于齒輪副的接觸條件和運(yùn)行狀況影響極大。齒坯的精度對切齒工序的精度影響極大，適當(dāng)提高齒坯的精度，將獲得更好的經(jīng)濟(jì)性。

（1）齒輪內(nèi)孔尺寸偏差

（2）齒頂圓直徑及其偏差

（3）基準(zhǔn)面的形狀公差

（4）齒坯及齒面表面粗糙度

齒輪加工工藝過程

齒輪的加工工藝要根據(jù)具體的加工設(shè)備制定經(jīng)濟(jì)、可行的加工過程。

一般的加工過程：

下料→鍛造→預(yù)先熱處理→粗加工→最終熱處理→精加工

預(yù)先熱處理的目的是改善鍛造組織，得到合適的硬度，便于切削加工。其工藝一般為正火。最終熱處理的目的是使零件表面獲得高硬度、高耐磨性，心部有足夠的強(qiáng)度、塑性及韌性。其工藝為滲碳、淬火加低溫回火。應(yīng)注意的是重要齒輪的表面淬火，應(yīng)采用高頻或中頻感應(yīng)淬火，模數(shù)較大時，應(yīng)沿齒溝加熱和淬火。

舉例

名稱：輸出齒輪

材料：20CrMnTi

熱處理技術(shù)條件：齒面滲碳淬火，滲碳層深度0.8~1.2mm，齒面硬度

HRC58~62，心部硬度HRC32~45。

加工工藝路線：下料→鍛造→正火→加工齒形→局部鍍銅（防滲）→滲 碳、淬火、低溫回火→噴丸→磨齒。

熱處理工藝：正火、滲碳、淬火及低溫回火。

小弟安安

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