齒輪機構設計中計算機輔助軟件的應用

摘 要：齒輪現如今在我國各個領域都被非常廣泛的應用，包括航天航海、儀器儀表以及汽車等。現如今CAD技術在齒輪機構的設計中發揮著非常重要的作用，使齒輪設計的精準度更高。本文首先對計算機輔助齒輪設計的準則進行了簡單的分析，重點闡述了其設計的具體過程，希望能對齒輪日后的發展提供一些幫助。

關鍵詞：齒輪機構；計算機；輔助軟件

齒輪是齒面相互摩擦產生動力的一個主要元件，其優點在于傳動效率高、傳動比穩定的特點，齒輪傳動是在主動軸和從動軸上裝置一對齒輪，通過兩齒輪嚙合來產生動力，是現如今應用最為廣泛的一種傳動形式。為了使齒輪機構設計的準確度更高，以此把計算機輔助軟件CAD應用在設計中，以參數化設計技術來提高設計的科學性，具有重要的意義。

1.計算機輔助齒輪設計的準則

1.1齒輪的設計準則

現如今設計齒輪的原始方法已經被參數化設計方法代替，參數設計法能夠建立一個知識信息庫，一方面能夠實現尺寸和特征的驅動，另一方面還好能及時的進行檢驗，也就是智能化的CAD，極大的提高了齒輪設計的精準度。齒輪的種類有很多種，其涉及到的設計方法、材料、理論以及檢驗方式也很繁雜，設計人員在工作時就會有很大的負擔，且會出現很多設計失誤。因此參數化設計齒輪的方式不僅能提高設計的質量，同時在工作量上也降低了負擔。

1.2漸開線齒輪的CAD

設z為齒輪齒數、m為齒輪模數、α為壓力角、x為齒輪變位系數、ha*為齒頂高系數，C*為頂隙系數。

①在坐標系中做出齒頂圓、基圓、分度圓和齒根圓，其直徑分別為mz+2（ha*+x）m、mzcosα、mz以及mz-2（ha*+C*-x）m。

②漸開線的繪制，其方程為x= ，y= 。其中，t是漸開線在任一點K的滾動角，t=αk+θk；α和t代表了弧度。為了使齒輪的赤廓全部展現出來，其t的值要較大，最好為0和1之間。漸開線從A點開始交于B點，然后把圓外的漸開線去除。

③基圓中并無漸開線，基圓同齒根圓之間為圓弧，因此要完善圓弧過渡，圓弧的直徑為0.76m，以此做出完整的齒廓。

④計算出基圓齒厚的圓心角∠AOA0，其值為 。做出∠AOA0的平分線On，以On為軸做出齒側的鏡像復制，然后把多于的線條去掉，以此做出輪齒。

⑤通過CAD中的陳列功能，以原點為中心進行一周的圓形陳列，其個數為z，以此完成齒輪輪廓的設計。

2.齒根彎曲強度的計算機輔助設計應用

①結合齒面的硬度，計算出小齒輪的彎曲疲勞強度最高為δFE1MPa，大齒輪的彎曲疲勞強度最高為δFE2MPa；齒輪的彎曲疲勞系數為KFN1、KFN2。

②計算齒輪的彎曲許用應力，許用應力用[δF]1和[δF]1來表示，其分別為 和 。

③載荷系數K的推算，K等于KAKVKPaKFβ。

④齒形系數和應力校正系數的計算，小齒和大齒的齒形系數分別為YFa1和YFa2，二者的應力校正系數分別為YSa1和YSa2。

⑤計算出模數，并同前面求得的模數進行對比，對最合理的模數進行標準化。然后計算出齒輪的幾何尺寸，分度圓的直徑為d=z×m，最終求得小齒輪的齒寬要大于大齒輪的齒寬。

⑥最后對齒輪進行檢驗，對圓周力進行對比，驗證是否科學合理，最終結合設計的結果繪制出圖像。

3.齒面接觸強度的計算機輔助設計應用

①首先要明確工作的環境和各種參數，P1為輸入功率、u為齒數比、n1為小齒輪的轉動速度；傳動方案的選擇要依照工作環境和條件進行設計，齒面的硬度要結合材料的實際情況進行選擇。

②齒輪齒數的選取，結合環境和工作的實際條件，齒數z1在開式為20和40間，閉式時為17到20之間。然后計算齒寬的系數，其系數是依照齒輪的實際分布情況進行設計的。

③載荷系數通常在1.2到1.4之間，小齒輪的傳遞扭矩為95.5×155P1/n1，其中P1為輸入的功率，n1則為小齒輪轉速。

④結合齒輪的硬度能夠求出小齒輪的疲勞強度最大為δHmm1，大齒輪的疲勞強度最大為δHmm2；應力循環的次數如下：小齒輪循環次數為60n1×jLh，大齒輪循環次數為N1×u，其中j為齒輪運動一圈其齒面嚙合的數量，Lh為齒輪的使用時間。

⑤依照齒輪的循環次數能夠求出齒輪的疲勞壽命系數，小齒輪的為KHN1，大齒輪的為KHN2。

⑥圓周速度的計算，圓周速度v等于 。

⑦齒輪的寬度和高度的比為b/h，b=Φd×djt，Φd為齒輪寬度的系數，h為0.25mt，進而求得b/h。

⑧結合齒輪的精度能夠求得動載荷系數Kv，使用系數KA，結合KAF/b進而求得KHa、KFA。結合齒輪的精度和小齒輪的支承位置可得KHβ和KFβ。

⑨依照在和系數最終求出分度圓的直徑為 mm。計算模數為d1/Z1。

總結：

綜上所述，在齒輪機構的設計中應用CAD技術能使齒輪更加精準，具有非常重要的作用，其設計方法簡單實用，一方面能夠提高設計的效率，另一方面還能增強齒輪的精度，有效的解決了傳統設計中存在的各類問題，另外還能降低設計人員工作的強度，把現代科學技術的作用充分的發揮出來，推動我國各個領域更好的發展。

參考文獻：

[1]鄒毅，侯亮.Romax軟件在行星齒輪機構中的應用[J].科技傳播，2011，（09）：142-143.

[2]朱福堂，陳俐，殷承良，唐林.混合動力汽車行星齒輪機構的方案設計與優選[J].中國機械工程，2010，（01）：104-109.

[3]周登舉.計算機輔助設計軟件及其應用分析[J].網絡安全技術與應用，2013，（07）：32+34.

[4]李華敏李瑰賢等《齒輪機構的設計與應用》北京：機械工業出版社.2007.

作者簡介：

李春萍（1974年5月），女，籍貫四川省西充縣，機械類專業助講，現在四川省機電職業技術學院從事機械專業課教學工作。