齿轮机构设计中计算机辅助软件的应用

摘 要：齿轮现如今在我国各个领域都被非常广泛的应用，包括航天航海、仪器仪表以及汽车等。现如今CAD技术在齿轮机构的设计中发挥着非常重要的作用，使齿轮设计的精准度更高。本文首先对计算机辅助齿轮设计的准则进行了简单的分析，重点阐述了其设计的具体过程，希望能对齿轮日后的发展提供一些帮助。

关键词：齿轮机构；计算机；辅助软件

齿轮是齿面相互摩擦产生动力的一个主要元件，其优点在于传动效率高、传动比稳定的特点，齿轮传动是在主动轴和从动轴上装置一对齿轮，通过两齿轮啮合来产生动力，是现如今应用最为广泛的一种传动形式。为了使齿轮机构设计的准确度更高，以此把计算机辅助软件CAD应用在设计中，以参数化设计技术来提高设计的科学性，具有重要的意义。

1.计算机辅助齿轮设计的准则

1.1齿轮的设计准则

现如今设计齿轮的原始方法已经被参数化设计方法代替，参数设计法能够建立一个知识信息库，一方面能够实现尺寸和特征的驱动，另一方面还好能及时的进行检验，也就是智能化的CAD，极大的提高了齿轮设计的精准度。齿轮的种类有很多种，其涉及到的设计方法、材料、理论以及检验方式也很繁杂，设计人员在工作时就会有很大的负担，且会出现很多设计失误。因此参数化设计齿轮的方式不仅能提高设计的质量，同时在工作量上也降低了负担。

1.2渐开线齿轮的CAD

设z为齿轮齿数、m为齿轮模数、α为压力角、x为齿轮变位系数、ha*为齿顶高系数，C*为顶隙系数。

①在坐标系中做出齿顶圆、基圆、分度圆和齿根圆，其直径分别为mz+2（ha*+x）m、mzcosα、mz以及mz-2（ha*+C*-x）m。

②渐开线的绘制，其方程为x= ，y= 。其中，t是渐开线在任一点K的滚动角，t=αk+θk；α和t代表了弧度。为了使齿轮的赤廓全部展现出来，其t的值要较大，最好为0和1之间。渐开线从A点开始交于B点，然后把圆外的渐开线去除。

③基圆中并无渐开线，基圆同齿根圆之间为圆弧，因此要完善圆弧过渡，圆弧的直径为0.76m，以此做出完整的齿廓。

④计算出基圆齿厚的圆心角∠AOA0，其值为 。做出∠AOA0的平分线On，以On为轴做出齿侧的镜像复制，然后把多于的线条去掉，以此做出轮齿。

⑤通过CAD中的陈列功能，以原点为中心进行一周的圆形陈列，其个数为z，以此完成齿轮轮廓的设计。

2.齿根弯曲强度的计算机辅助设计应用

①结合齿面的硬度，计算出小齿轮的弯曲疲劳强度最高为δFE1MPa，大齿轮的弯曲疲劳强度最高为δFE2MPa；齿轮的弯曲疲劳系数为KFN1、KFN2。

②计算齿轮的弯曲许用应力，许用应力用[δF]1和[δF]1来表示，其分别为 和 。

③载荷系数K的推算，K等于KAKVKPaKFβ。

④齿形系数和应力校正系数的计算，小齿和大齿的齿形系数分别为YFa1和YFa2，二者的应力校正系数分别为YSa1和YSa2。

⑤計算出模数，并同前面求得的模数进行对比，对最合理的模数进行标准化。然后计算出齿轮的几何尺寸，分度圆的直径为d=z×m，最终求得小齿轮的齿宽要大于大齿轮的齿宽。

⑥最后对齿轮进行检验，对圆周力进行对比，验证是否科学合理，最终结合设计的结果绘制出图像。

3.齿面接触强度的计算机辅助设计应用

①首先要明确工作的环境和各种参数，P1为输入功率、u为齿数比、n1为小齿轮的转动速度；传动方案的选择要依照工作环境和条件进行设计，齿面的硬度要结合材料的实际情况进行选择。

②齿轮齿数的选取，结合环境和工作的实际条件，齿数z1在开式为20和40间，闭式时为17到20之间。然后计算齿宽的系数，其系数是依照齿轮的实际分布情况进行设计的。

③载荷系数通常在1.2到1.4之间，小齿轮的传递扭矩为95.5×155P1/n1，其中P1为输入的功率，n1则为小齿轮转速。

④结合齿轮的硬度能够求出小齿轮的疲劳强度最大为δHmm1，大齿轮的疲劳强度最大为δHmm2；应力循环的次数如下：小齿轮循环次数为60n1×jLh，大齿轮循环次数为N1×u，其中j为齿轮运动一圈其齿面啮合的数量，Lh为齿轮的使用时间。

⑤依照齿轮的循环次数能够求出齿轮的疲劳寿命系数，小齿轮的为KHN1，大齿轮的为KHN2。

⑥圆周速度的计算，圆周速度v等于 。

⑦齿轮的宽度和高度的比为b/h，b=Φd×djt，Φd为齿轮宽度的系数，h为0.25mt，进而求得b/h。

⑧结合齿轮的精度能够求得动载荷系数Kv，使用系数KA，结合KAF/b进而求得KHa、KFA。结合齿轮的精度和小齿轮的支承位置可得KHβ和KFβ。

⑨依照在和系数最终求出分度圆的直径为 mm。计算模数为d1/Z1。

总结：

综上所述，在齿轮机构的设计中应用CAD技术能使齿轮更加精准，具有非常重要的作用，其设计方法简单实用，一方面能够提高设计的效率，另一方面还能增强齿轮的精度，有效的解决了传统设计中存在的各类问题，另外还能降低设计人员工作的强度，把现代科学技术的作用充分的发挥出来，推动我国各个领域更好的发展。

参考文献：

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[4]李华敏李瑰贤等《齿轮机构的设计与应用》北京：机械工业出版社.2007.

作者简介：

李春萍（1974年5月），女，籍贯四川省西充县，机械类专业助讲，现在四川省机电职业技术学院从事机械专业课教学工作。