齒輪設(shè)計(jì)的一般步驟

1、1、根據(jù)負(fù)載、以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、是垂直運(yùn)動(dòng)還是水平運(yùn)動(dòng)）來計(jì)算驅(qū)動(dòng)功率2、初步估定齒輪模數(shù)（必要時(shí)，后續(xù)進(jìn)行齒輪強(qiáng)度校核，若在強(qiáng)度校核時(shí)，發(fā)現(xiàn)模數(shù)選得 太小，就必須重新確定齒輪模數(shù)，關(guān)于齒輪模數(shù)的選取，一般憑經(jīng)驗(yàn)、或是參照類比，后期 進(jìn)行安全校核）3、進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定總傳動(dòng)、以及確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)（幾級(jí)傳動(dòng)）4、根據(jù)總傳動(dòng)比進(jìn)行分配，計(jì)算出各級(jí)的分傳動(dòng)比5、根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行詳細(xì)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（各個(gè)軸系的詳細(xì)設(shè)計(jì)），這樣的設(shè)計(jì)一般還在 總裝圖上進(jìn)行。6、在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，若發(fā)現(xiàn)前期的參數(shù)不合理（包括齒輪過大、相互有干涉、制造與安 裝困難等），就需要及時(shí)的返回上面程序重新來過7、畫出關(guān)鍵軸系的

2、簡(jiǎn)圖（一般是重載軸，當(dāng)然，各個(gè)軸系都做一遍當(dāng)然好），畫出各個(gè)軸 端的彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖，從而找出危險(xiǎn)截面，并進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核&低速軸齒輪的強(qiáng)度校核9、安全無問題后，拆分零件圖漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)程序主要用于外嚙合漸開線圓柱標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、漸開線圓柱標(biāo)準(zhǔn)斜齒齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)和漸開線圓柱變位齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)。程序中的各參數(shù)和各設(shè)計(jì)方法符合相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，即：漸開線圓柱齒輪基本輪廓（GB/T1356 2001 ）、漸開線圓柱齒輪模數(shù)（GB/T1357 1987等效采用ISO54 1977 ）,以及漸開線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法（GB/T3480 1997等效ISO6336 1966 ）、漸開線圓

3、柱齒輪精度（GB/T10095 2001等效ISO1328 1997 ）。程序根據(jù)輸入的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行齒輪幾何尺寸的計(jì)算、齒輪接觸疲勞強(qiáng)度校核和彎曲疲勞強(qiáng)度校核的計(jì)算，以及相關(guān)公差值的計(jì)算等。整個(gè)設(shè)計(jì)過程分步進(jìn)行，界面簡(jiǎn)潔，操作方便硬齒面齒輪風(fēng)力發(fā)電增速齒輪箱中，其輸入軸承受葉片傳過來的軸向力、扭矩和顛覆力矩。中間軸上的齒輪承受輸入端傳過來的力矩和輸出端剎車時(shí)傳過來的剎車力矩。輸出軸上的齒輪承受中間軸傳過來的扭矩，同時(shí)也承受輸出端剎車時(shí)帶來的剎車力矩。一、齒輪箱輸入軸、中間軸和輸出軸上各種齒輪的受力分析風(fēng)力發(fā)電增速齒輪箱中，其輸入軸承受葉片傳過來的軸向力、扭矩和顛覆力矩。

4、中間軸上的齒輪承受輸入端傳過來的力矩和輸出端剎車時(shí)傳過來的剎車力矩。輸出軸上的齒輪承受中間軸傳過來的扭矩，同時(shí)也承受輸出端剎車時(shí)帶來的剎車力矩。二、齒輪箱齒輪的常用材料及其性能分析風(fēng)力發(fā)電增速齒輪箱中，齒輪的常用材料為低碳合金鋼，重齒公司常用20CrMnTi、20CrMnMo、17CrNiMo6等材料；內(nèi)齒圈用 42CrMoA材料。它們的力學(xué)分析見下表：鋼號(hào)試樣毛坯尺寸(mm)熱處理力學(xué)性能供應(yīng)狀態(tài)硬度HB淬火溫度(C)冷卻回火溫度(C)冷卻d b(MPa)(T S(MPa)S 5(%)書(%)AK(J)第一次第二次不小于不大于20CrMnTi 15 880 870 油 200 水、空 108

5、0 835 10 45 55 21720CrMnMo 15 850 油 200 水、空 1175 885 10 45 55 21717CrNiMo6 11 855 815 油 180 水、空 1300 830 7 30 41 22942CrMoA 15 840 油 610 水、空 1150 885 10 40 34齒輪材料為滲碳鋼，滲碳鋼載未滲碳前進(jìn)行的各種試驗(yàn)只能測(cè)定零件心部的性能，滲碳淬火后的性能除與心部性能有關(guān)外，還受滲碳層深度、滲碳層的碳含量與金相組織。內(nèi)應(yīng)力的分布等因素的影響。1、抗彎強(qiáng)度滲碳鋼的靜強(qiáng)度一般通過彎曲試驗(yàn)測(cè)定。零件心部硬度、鋼材的化學(xué)成分合面層碳含量都影響彎曲強(qiáng)度。在滲

6、碳層深度一定的情況下，心部硬度增加時(shí)，彎曲強(qiáng)度隨之增加；當(dāng)滲碳層組織相同時(shí)，滲碳層深度增加，彎曲強(qiáng)度隨之增加；在滲碳層深度與心部硬度相同時(shí)，含鎳的鋼材彎曲強(qiáng)度比其他鋼材彎曲強(qiáng)度高；滲碳層面層碳含量增加時(shí)彎曲強(qiáng)度降低。2、疲勞強(qiáng)度齒輪多因變載荷作用而疲勞損壞，如齒根彎曲疲勞損壞合齒面接觸疲勞損壞。 影響疲勞損壞的因素有：(1 )心部硬度(強(qiáng)度)（2 ）滲碳層內(nèi)的氧化物當(dāng)滲碳鋼中含有鈦、硅、錳和等合金元素，并在吸熱性滲碳?xì)夥罩?滲碳時(shí)容易形成這些元素的氧化物，他們存在于晶界或晶粒內(nèi)部。在氧化物附近這些元素貧化，降低了淬透性。這種氧化物還會(huì)成為高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的核心，導(dǎo)致淬火后在表面形成一些非馬氏體產(chǎn)物

7、從而降低了最表面的硬度。（3）滲碳層內(nèi)的碳化物碳含量的數(shù)量、大小、形狀和分布對(duì)滲碳鋼的接觸疲勞和彎曲疲勞 性能都有影響，網(wǎng)狀碳化物會(huì)明顯降低滲碳鋼的彎曲疲勞性能。（4）滲碳層內(nèi)的殘余奧氏體殘余奧氏體本身強(qiáng)度低，它的存在還降低對(duì)疲勞性能有利的殘余壓應(yīng)力，因此滲碳層組織中有殘余奧氏體會(huì)降低疲勞性能，但經(jīng)滾壓和噴丸強(qiáng)化會(huì)提高疲勞強(qiáng)度。三、硬齒面齒輪的特點(diǎn)及運(yùn)行注意事項(xiàng)（一）、高精度硬齒面齒輪的優(yōu)點(diǎn)眾所周知，齒輪的強(qiáng)度設(shè)計(jì)是從考慮潤(rùn)滑條件的齒面壓力和齒根強(qiáng)度兩個(gè)方面進(jìn)行的。隨著技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，世界傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展趨于采用硬齒面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于硬齒面齒輪的采用大大地促進(jìn)了機(jī)器的重量輕、小型化和質(zhì)量

8、性能的提高，使機(jī)器工作速度提高了一個(gè)等級(jí)。如高速線材軋機(jī)的軋制速度從過去的30m/s以下提高到90-120m/s。采用硬齒面齒輪傳動(dòng)使傳動(dòng)裝置的體積大大地減少，可以降低制造成本，一某軋機(jī)主減速機(jī)為例進(jìn)行比較：中心距表面積重量軋制速度硬度 |調(diào)質(zhì)齒輪 2400 100% 100% 30m/s HB360硬齒面齒輪 1695 34% 60% 90-120m/s HRC57 + 4硬齒面中氮化硬齒面，由于氮化層深度很淺，不適合作低俗重載齒輪傳動(dòng)，而且氮化工 藝本身的成本較貴，所以很少采用。表面淬火（如高、中頻或火焰淬火）的淬硬層與非淬硬層過渡界面明顯，硬度的分布剃度太大，同時(shí)淬硬質(zhì)量不均勻，齒根淬硬

9、困難，易生成表面裂紋，齒面硬度較低（HRC55左右）所以應(yīng)用也逐漸減少。深層滲碳、淬火磨削的高精度硬齒面齒輪，精度高、表面硬度高（HRC58+4 ）,齒面硬化層均勻等多方面的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于低速重載齒輪傳動(dòng)。它表面硬度高，接觸強(qiáng)度比調(diào)質(zhì)齒輪成倍增長(zhǎng)，而彎曲強(qiáng)度比調(diào)質(zhì)齒輪約增加50%以上。所以FALK、（ LUS ）、費(fèi)蘭特公司、雪鐵龍-梅西安-杜朗公司等全部采用深層滲碳-淬火-磨齒齒輪。高精度硬齒面齒輪代表了工業(yè)用，船用齒輪傳動(dòng)裝置的發(fā)展方向。（二）、齒輪強(qiáng)度計(jì)算公司引進(jìn)了齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算程序，并與上海交大、重慶大學(xué)等合作開發(fā)，可按GB3480-83、AGMA、ISO、DIN、ZC、ABS、GL

10、、Lioyd ' s等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)齒輪強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。為了提高齒輪的承載能力，利用計(jì)算機(jī)對(duì)齒輪的幾何參數(shù)和變位系數(shù)，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于表面硬化技術(shù)的采用，齒輪承載能力得到提高，LUS通過多年生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)為：對(duì)于齒輪齒面應(yīng)力的計(jì)算，對(duì)小型齒輪，用赫茲應(yīng)力公式還可以，它基于齒面接觸區(qū)的最大表面壓縮。而對(duì)于大模數(shù)、大直徑的齒輪、用赫茲公式計(jì)算齒面壓應(yīng)力強(qiáng)度，則不能真實(shí)反映齒輪的實(shí)際受力情況。因?yàn)殡S著模數(shù)的增大， 齒高和齒輪當(dāng)時(shí)接觸半徑增大，應(yīng)力的危險(xiǎn)點(diǎn)已不在齒輪硬化層的表面層，而是在內(nèi)部的某一個(gè)深度。例如：中心距A=1000 （ mm）, 1=3的齒輪箱的大齒輪，應(yīng)力危險(xiǎn)齒面以下應(yīng)力分布及其強(qiáng)度

11、計(jì)算的研究，提出了 “三向應(yīng)力理論“： 齒面以下受三向單個(gè)應(yīng)力組成的合成應(yīng)力作用，應(yīng)用主延伸假設(shè)得到包括齒面應(yīng)力在內(nèi)的齒截面的應(yīng)力分布曲線。能確切地反映齒面嚙合時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。計(jì)算齒根應(yīng)力，主要考慮輪齒嚙合時(shí)的彎曲強(qiáng)度、壓縮應(yīng)力、剪應(yīng)力、齒輪熱處理效應(yīng)及裝配時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。用計(jì)算機(jī)對(duì)齒面齒根合成應(yīng)力的計(jì)算，綜合考慮接觸強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度，確定齒輪的幾何參數(shù)、材料、許用疲勞強(qiáng)度及齒輪的硬度曲線和齒面的硬化層深度。（三）、材料的選擇為了提高齒輪的彎曲強(qiáng)度，我們選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)合金鋼。這些材料經(jīng)LUS與西德材料進(jìn)行同爐處理對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果證明其機(jī)械性能、淬硬性、硬化層金相組織、硬度、碳勢(shì)層深度分布等性能略高

12、于羅曼現(xiàn)用相應(yīng)材料的性能。利用國產(chǎn)材料，按我公司標(biāo)準(zhǔn)齒形（原引進(jìn)的LUSI15 ）加工，采用現(xiàn)行熱處理工藝滲碳淬火并磨齒制造的試驗(yàn)齒輪，與711所、上海交大合作，在國產(chǎn) CL-100型齒輪試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)。參試齒輪精度6HK （JB179-83），試驗(yàn)驗(yàn)證工作在 GB3480-83規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行，按升降法，測(cè)定材料的疲勞極限，通過試驗(yàn)，推薦設(shè)計(jì)選用值為1450-1550N/ , 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO268文推薦滲淬硬齒輪材料接觸疲勞強(qiáng)度極限框圖范圍在 1300-1650kg/，我公司試驗(yàn)齒輪材料在 ISO268推薦框圖的中上限。試驗(yàn)時(shí)，齒輪單位齒寬、單位模數(shù)上的圓周力為171

13、。62N/，齒輪接觸強(qiáng)度 K系數(shù)為156kg/cm，經(jīng)5 X 107次循環(huán)，所有被試齒輪均未發(fā)生斷齒和點(diǎn)蝕現(xiàn)象。（四）、采用氣體滲碳在表面硬化方法中，氮化由于硬化層薄而限制了齒輪的承載能力。高頻淬火又很難得到理 想的硬化層分布，對(duì)大模數(shù)齒輪淬火時(shí)， 齒輪淬硬深度太淺或沒有淬火造成應(yīng)力分布不均勻 而降低了齒輪彎曲強(qiáng)度。氣體滲碳淬火，可以得到所需要的硬化層，熱處理后具有較理想的殘余應(yīng)力。用最新技術(shù)可準(zhǔn)確地控制碳勢(shì)而獲得最佳硬度值，從而提高齒輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度，是制造大型重載齒輪的一種好的表面處理方法。為此，我廠從西德迪高沙公司引進(jìn)了GSRU190 X 250型滲碳爐。從日本中外爐株社引進(jìn)了 C

14、3000的滲碳爐。該爐用氧探頭或紅外線CO2氣體分析儀兩種測(cè)定爐氣碳勢(shì)，通過微處理機(jī)和模擬計(jì)算機(jī)兩套獨(dú)立的自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)熱處理過程進(jìn)行適時(shí)控制，碳勢(shì)控制偏差土0.05%。與該爐配套使用硝鹽淬火，可穩(wěn)定淬火介質(zhì)溫度，減少工件變形，提高工件淬透性。采用公法線千分尺型硬度檢驗(yàn)儀檢驗(yàn)齒頂?shù)烬X根的硬度，其硬度差很小。經(jīng)滲碳淬火后的齒輪 MSF-2M型X射線應(yīng)力分析儀上用側(cè)傾法，X-20法測(cè)定齒面，齒根表面的殘余奧氏體含量。齒根殘余壓應(yīng)力在490-588 N/范圍內(nèi)，國家標(biāo)準(zhǔn)中推薦的齒根彎曲持續(xù)極限為400-440 N/，大大提高了彎曲疲勞強(qiáng)度，殘余奧氏體含量在5.8-20%范圍內(nèi)。（五）、高精度齒輪齒輪

15、精度的選擇原則是工作線速度、要求的承載能力和公司設(shè)備的可能。對(duì)硬齒面齒輪， 經(jīng)磨削后的齒輪精度一般選6級(jí)精度。線速度特別高時(shí)選4-5級(jí)，對(duì)振動(dòng)、噪音有特別要求時(shí)，目前最高可達(dá) 3級(jí)精度。硬齒面齒輪模數(shù)增大后，或調(diào)質(zhì)齒輪直徑增大后，如不提高齒輪精度， 則模數(shù)，直徑增大帶來的強(qiáng)度的提高將被動(dòng)負(fù)荷的增大所抵消。這點(diǎn)以前的國內(nèi)調(diào)質(zhì)齒輪傳動(dòng)裝置在水泥、冶金行業(yè)中的使用發(fā)生失效的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可以證明提高齒輪加工精度的必要。為了保證齒輪的加工精度和國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的貫徹執(zhí)行，先后MAAG系列磨齒機(jī)、ZST0.31m2.5m磨齒機(jī)，Hoefler4000mm和N0VA1000CNC高精度磨齒機(jī)可加工直徑 4000,

16、 模數(shù)32mm，最高齒輪精度達(dá)到 DIN3級(jí)的齒輪。高精度的設(shè)備靠高精度的檢測(cè)儀調(diào)校，為 此，公司配備了 MAAGSP-60 ,德國可林貝爾格大型齒輪檢查儀，Hoefler公司的TPF40/1000 ,EVTM/MAC2T 齒輪檢查儀，Leits公司GMM303010型門式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)， 可檢測(cè)齒輪直徑 4000mm，精度DIN3級(jí)精度，圖七為測(cè)量曲線。齒輪直徑增大后，熱處理后由于工件容積效應(yīng)，齒面從齒頂?shù)烬X根各部位硬度不均，最大硬度差達(dá)20HB。為對(duì)齒輪制造質(zhì)量嚴(yán)格控制，從德國引進(jìn)齒面硬度檢查儀，對(duì)大模數(shù)的大 型齒輪用硝鹽淬火，提高工件的淬透性。齒頂、齒向修整輪齒是一個(gè)彈性體，工作受力后不可

17、避免地要發(fā)生彎曲變形。雖然嚙合結(jié)束后恢復(fù)原狀，但嚙合時(shí)的變形會(huì)發(fā)生基節(jié)誤差那樣的影響，使下一對(duì)齒的齒頂和齒根發(fā)生干涉，能產(chǎn)生很大的沖擊而引起嚙合噪音。表面滲碳淬火齒輪的許用K系數(shù)約為調(diào)質(zhì)齒輪的4-5倍。輪齒變形的影響，比調(diào)質(zhì)齒輪大得多。為了避免嚙合沖擊，改善齒面潤(rùn)滑狀態(tài)，降低嚙合噪音，需對(duì)齒輪的齒頂和齒向進(jìn)行修整。起修整量是根據(jù)齒輪負(fù)荷計(jì)算齒輪變形量，齒輪軸的彎曲，扭轉(zhuǎn)變形量后確定的。對(duì)高承載能力的高硬度齒面的滲碳淬火齒輪，齒頂、齒向修整技術(shù)是保證產(chǎn)品性能不可缺少的必要條件。（六）、變位系數(shù)的選擇當(dāng)采用帶觸角滾刀切齒時(shí)，變位系數(shù)的選擇十分重要，標(biāo)準(zhǔn)中心距和變位系數(shù)過大，通常 都不適用于帶觸角滾

18、刀深切齒，因?yàn)樗鼘?dǎo)致齒根部分嚴(yán)重的漸開線偏切。另外，為有利于提高齒輪副的承載能力，發(fā)揮物盡其能的作用，不采用變位齒輪，實(shí)際上是一種無形的浪費(fèi)。 公司生產(chǎn)的所有齒輪都是變位齒輪，首先根據(jù)幾何條件計(jì)算出大、小齒輪變位系數(shù)之和，并由計(jì)算機(jī)按公司設(shè)定的分配原則進(jìn)行分配，保證齒輪副的最佳性能。（七）、齒輪箱的安裝找正齒輪箱能否安全可靠地工作，除了正確地選材，先進(jìn)合理的設(shè)計(jì)、高精的制造、組裝、全面的性能檢測(cè)保證外， 正確地安裝找正是保證齒輪箱長(zhǎng)壽命，安全可靠工作的重要環(huán)節(jié)，公司的齒輪箱在交貨時(shí)， 我們將向用戶提供一份安裝找正規(guī)范。該規(guī)范內(nèi)容包括在齒輪箱使用說明書中，對(duì)較大型號(hào)的特種齒輪傳動(dòng)裝置，工廠將單獨(dú)提供找正規(guī)范。齒輪箱的找正規(guī)范是集 LUS多年經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù) VD2725標(biāo)準(zhǔn)制定。起目的是為正常情況下 原動(dòng)機(jī)、齒輪箱、工作機(jī)械