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齿轮设计手册（必威体育精装版版，附强度计算+精度等级）

前言

齿轮作为机械传动系统的核心基础部件，其设计合理性直接决定了装备的传动效率、承载能力与服役寿命。在智能制造、新能源、航空航天等高端装备领域快速发展的背景下，齿轮设计面临着高速、重载、轻量化、低噪声等多重挑战，对强度可靠性与精度控制的要求持续提升。

本手册基于2024年必威体育精装版实施的国家标准（如GB/Z3480.4-2024）与国际标准（如ISO/TS6336-4:2019），系统整合了齿轮设计的核心技术体系，重点强化了强度计算的必威体育精装版方法与精度等级的应用规范。手册内容以基础理论-关键技术-工程应用为主线，涵盖齿轮设计全流程要素，包含大量公式推导、参数图表与工程案例，旨在为机械工程技术人员提供兼具科学性、先进性与实用性的设计指南。

本手册适用于各类圆柱齿轮、锥齿轮、行星齿轮等传动部件的设计与校核工作，可作为企业技术人员的实操手册、科研人员的参考资料及高等院校相关专业的辅助教材。

第一章齿轮设计基础理论

1.1齿轮传动的功能与分类

齿轮传动通过轮齿间的啮合实现运动和动力的传递，具有传动比恒定、承载能力强、效率高、结构紧凑等核心优势，广泛应用于机床、汽车、风电、航天等领域。根据结构与传动特性，主要分类如下：

1.1.1按齿廓曲线分类

?渐开线齿轮：齿廓为渐开线，具有传动平稳、可分性好（中心距微小变化不影响传动比）、加工简便等优点，占工业齿轮应用总量的90%以上。

?圆弧齿轮：齿廓为圆弧曲线，接触强度高、润滑性能好，适用于重载传动，如矿山机械、轧钢设备。

?摆线齿轮：齿廓为摆线，磨损小、传动效率高，主要用于精密仪器与行星传动机构。

1.1.2按轴的相对位置分类

?平行轴齿轮传动：包括直齿圆柱齿轮（传动平稳性差，适用于低速轻载）、斜齿圆柱齿轮（重合度大，适用于高速重载）、人字齿轮（抵消轴向力，适用于大功率传动）。

?相交轴齿轮传动：以直齿锥齿轮（加工简单）、曲齿锥齿轮（传动平稳，适用于高速）为主，用于两轴线相交的传动系统，如汽车驱动桥。

?交错轴齿轮传动：主要为蜗杆传动（传动比大、结构紧凑）和准双曲面齿轮（轴线偏移，用于汽车后桥）。

1.1.3按传动形式分类

?定轴齿轮传动：齿轮轴线固定不动，结构简单，应用最广。

?行星齿轮传动：包含太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，具有传动比大、体积小、承载能力强的特点，广泛用于风电增速器、机器人关节。

1.2齿轮的基本参数与几何尺寸计算

1.2.1基本参数体系

渐开线圆柱齿轮的核心基本参数（标准参数按法面或端面定义）包括：

?模数m：表征轮齿大小的基本参数，单位mm，国家标准规定了标准模数系列（如1、1.25、1.5、2等）。

?压力角α：标准压力角为20°（特殊工况可采用14.5°、25°），指分度圆上齿廓切线与径向的夹角。

?螺旋角β：斜齿轮特有参数，指分度圆上螺旋线与轴线的夹角，通常取8°-20°，人字齿轮为±β。

?齿数z：齿轮的轮齿数量，直接影响传动比与齿形系数。

?变位系数x：用于改善齿形性能，分为正变位（增强齿根强度）和负变位（获得小中心距）。

?齿顶高系数h?与顶隙系数c：标准齿轮h?*=1，c*=0.25；短齿齿轮h?*=0.8，c*=0.3。

1.2.2几何尺寸计算

以标准直齿圆柱齿轮（正常齿）为例，关键尺寸计算公式如下：

?分度圆直径：d=m?z

?齿顶圆直径：d?=d+2h?*?m=m(z+2)

?齿根圆直径：d?=d-2(h?*+c*)?m=m(z-2.5)

?齿距：p=π?m

?齿厚：s=π?m/2

?齿槽宽：e=π?m/2

斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算以法面参数为标准，端面参数需通过螺旋角换算：

?端面模数：m?=m?/cosβ

?端面压力角：tanα?=tanα?/cosβ

?当量齿数：z?=z/cos3β（用于弯曲强度计算）

直齿锥齿轮以大端参数为标准，齿宽中点处的当量圆柱齿轮参数用于强度计算，关键尺寸包括：

?分度圆锥角：δ?=arctan(z?/z?)，δ?=90°-δ?（轴交角为90°时）

?分度圆直径：d=m?z

?齿顶圆直径：d?=d+2h?*?m?cosδ

?齿根圆直径：d?=d-2(h?*+c*)?m?cosδ

1.3齿轮啮合的基本原理

1.3.1渐开线的形成与特性

渐开线是一直线沿圆周作纯滚动时，线上任意一点的轨迹。其核心特性包括：

1.发生线沿基圆滚动的长度等于基圆上被滚过的弧长，即MN=⌒MB。

2.发生线是渐开线在该点的切线，基圆切线与渐开线法线重合。

3.渐开线的形状取决于基圆大小，基圆越大，渐开线越平