齿轮结构设计及圆柱齿轮零件图绘制优化

1.齿轮的结构设计

齿轮的结构设计通常根据强度计算确定其主要参数和尺寸，然后综合考虑尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求、经济性等因素，根据齿轮直径的大小确定齿轮的结构型式，再根据经验公式和经验数据对齿轮进行结构设计，画出齿轮的零件工作图。

（1）齿轮轴 对于直径较小的钢制齿轮，当为圆柱齿轮时（图7-17），齿根圆到键槽底部的距离e＜2m_t（m_t为端面模数），或齿顶圆直径小于2倍轴径时，无法用键连接，因为当齿轮进行热处理时，e太小容易产出裂纹，必须将齿轮和轴做成一体，称为齿轮轴，这时齿轮与轴必须采用同一种材料制造。当为锥齿轮时，按小端尺寸计算而得的e＜1.6m时做成齿轮轴。

图7-17 齿轮轴

如果齿轮的直径比轴的直径大得多，则应把齿轮和轴分开制造。

（2）实心结构齿轮 当齿顶圆直径d_a≤160mm时，齿轮可做成图7-18所示的实心结构，在航空工业产品中也有做成腹板式结构的。

（3）腹板式结构齿轮 当齿顶圆直径d_a≤500mm时，齿轮可以是锻造的，也可以是铸造的，通常采用图7-19所示的腹板式结构或孔板结构。

（4）轮辐式结构齿轮 当齿顶圆直径400mm≤d_a≤1000mm时，齿轮常用铸铁或铸钢制成，并采用轮辐式结构，如图7-20所示。

图7-18 实心结构齿轮

图7-19 腹板式结构齿轮

D₁≈（D₀＋D₁）/2；D₂≈（0.25～0.35）（D₀-D₃）；D₃≈1.6D₄（钢材）；D₃≈1.7D₄（铸铁）；n₁≈0.5m_n；r≈5mm；圆柱齿轮：D₀≈d_a-（10～14）m_n；C≈（0.2～0.3）B；锥齿轮：l≈（1～1.2）D₄；C≈（3～4）m；尺寸J由结构设计而定：Δ₁＝（0.1～0.2）B常用齿轮的C值不应小于10mm，航空用齿轮可取C≈3～6mm

图7-20 轮辐式结构齿轮(www.xing528.com)

B＜240mm；D₃≈1.6D₄（铸钢）；D₃≈1.7D₄（铸铁）；Δ₁≈（3～4）m_n，但不应小于8 Δ₂≈（1～1.2）Δ₁；H≈0.8D₄（铸钢）；H≈0.9D₄（铸铁）；H₁≈0.8H；C≈H/5； C₁≈R≈0.5H；1.5D₄＞l≥B；轮辐数常取为6

（5）组合式结构齿轮 有时为了节约贵重金属，对于大尺寸的齿轮可采用组装结构，即齿圈采用贵重金属制造，齿心可用铸铁或铸钢（图7-21）。

齿顶圆直径小于轴径的齿轮结构如图7-22所示。

每种齿轮各部分尺寸，也可参见机械设计手册中的经验公式进行计算。

进行齿轮结构设计时，还要进行齿轮和轴的连接设计。通常采用单键连接。但当齿轮转速较高时，要考虑轮心的平衡及对中性，这时可采用花键或双键连接。对于沿轴滑移的齿轮，为操作灵活，也应采用花键或双导键连接。

图7-21 组合式结构齿轮

图7-22 齿轮轴（d_a＜d_轴）

2.圆柱齿轮零件工作图绘制

设计计算完齿轮的尺寸，选好齿轮的结构后，即可绘制齿轮零件工作图。零件工作图是加工和检测零件的基本技术文件，零件工作图的好坏直接涉及废品率的问题。设计的图样必须是符合生产加工的工程图样，因此，除了按计算的几何尺寸、合理的结构绘图外，还必须标出加工齿轮和检测齿轮所必需的参数，例如标出尺寸公差、形状位置公差以及表面粗糙度，还必须写出必要的技术要求等。具体的尺寸公差、形状位置公差、精度检验等标准可见参考文献［2］。

以7.3.1节斜齿轮设计实例所设计的大齿轮为例，因齿顶圆直径大于160mm，但小于500mm，参考图7-19选用腹板式结构。假设与之配合的轴孔直径为28mm（本应由轴的强度设计与结构设计确定轴径，从而就确定了大齿轮轴孔直径），本题为假设值。又参考图7-19，可以设计成孔板结构，大齿轮零件工作图见图7-23。

小齿轮与电动机轴相连，根据题目给出电动机的功率P₁＝7.5kW，转速n₁＝960r/min，由文献［2］查出电动机型号为Y160M-6，电动机伸出轴的轴径d＝42mm，伸出轴长E＝110mm，而小齿轮齿顶圆直径d_a1＝54.885mm＜2d＝2×42mm＝84mm，齿顶圆直径小于2倍轴径，必须做成图7-17所示的齿轮轴。且齿顶圆直径d_a＝54.885mm＜160mm，齿轮可做成图7-18所示的实心结构。其余的绘制方法与大齿轮相同，此处小齿轮零件工作图略。

图7-23 大齿轮零件工作图