齿轮传动链的设计

在精密机械中，齿轮传动链的设计，大致可按下列步骤进行：

1．根据传动的要求和工作特点，正确选择传动形式。

2．决定传动级数，并分配各级传动比。

3．确定各级齿轮的齿数和模数；计算齿轮的主要几何尺寸。

4．对于精密齿轮传动链，有时需进行误差的分析和估算。

5．传动的结构设计，包括：齿轮的结构、齿轮与轴的联接方法等。对于精密齿轮传动链，有时需设计消除空回的结构。

1  齿轮传动形式的选择

如前所述，齿轮的传动形式很多，设计时要根据齿轮传动的使用要求、工作特点，正确地选择最合理的传动形式。在一般情况下，可根据以下几点进行选择：

1．结构条件对齿轮传动的要求。例如，空间位置对传动布置的限制，各传动轴的相互位置关系等。

2．对齿轮传动的精度要求。

3．齿轮传动的工作速度及传动平稳性和无噪声的要求。

4．齿轮传动的工艺性因素（这一点必须和具体的生产设备条件及生产批量结合起来考虑）。

5．考虑传动效率和润滑条件等。

 2  传动比的分配

传动比的分配是齿轮传动链设计中的重要问题之一。传动比分配的是否合理，将影响整个传动链的结构布局及其工作性能，因此，在设计中必须根据使用要求，合理地进行传动比的分配。

齿轮传动链的总传动比，往往是根据具体要求事先给定的。总传动比给出之后，据此确定传动级数并分配各级传动比。

一般说来，齿轮传动链的传动级数少些较好。因为传动级数愈多，传动链的结构就愈复杂。传动级数少，不但可以使结构简化，同时还有利于提高传动效率，减小传动误差和提高工作精度。

但在总传动比一定的情况下，由于传动级数的减少，势必引起各级传动比数值的增大。若各级传动比（单级传动比）数值过大，将会使传动链的结构不紧凑。同时，当单级传动比过大时，从动轮的直径就会很大，致使齿轮的转动惯量随之增加，这对于要求转动惯量较小的齿轮传动链是不希望的。因此，应根据齿轮传动链的具体工作要求，合理地确定其传动级数。

设计时可参考下列原则进行传动比的分配。

1．按先小后大的原则分配传动比

2．按最小体积的原则分配传动比

3．按最小转动惯量原则分配传动比

 3  齿数、模数的确定

1．齿数的确定

为避免根切，对于压力角为20°标准直齿圆柱齿轮最小齿数，斜齿圆柱齿轮。如果齿数必须取得较少，可采用变位齿轮。

中心距一定时，增加齿数能使重合度增大，提高传动平稳性；在满足弯曲强度的前提下，应适当减小模数，增大齿数。高速齿轮或对噪声有严格要求的齿轮传动建议取。 对于重要的传动或重载高速传动，大小轮齿互为质数，这样轮齿磨损均匀，有利于提高寿命。

蜗杆螺旋线的头数，一般可取1～4。在蜗杆直径和模数一定时，增加蜗杆螺旋线的头数，可增大分度圆柱螺旋导程角，因而提高了传动效率，但此时加工工艺性较差。用于示数传动的精密蜗杆传动，则应采用单头蜗杆，以避免由于相邻两螺旋线的齿距误差而引起周期性的传动误差。另外，蜗杆螺旋线头数的增加，将会丧失自锁性。

2．模数的确定

在精密机械中，若齿轮传动仅用来传递运动或传递的转矩很小，齿轮的模数一般不宜按照强度计算的方法确定，而是根据结构条件选定。一般都是依传动装置的外廓尺寸选定齿轮的中心距。如果齿轮传动的传动比和齿数也已选定，则齿轮的模数可用下式求出

应当指出，求出的模数m，应圆整为标准模数。

对于传递转矩较大的齿轮，其模数需按强度计算方法确定。

 4  齿轮传动的空回及消除方法

1．空回和产生空回的因素

所谓空回，就是当主动轮反向转动时从动轮滞后的一种现象。滞后的转角即为空回误差角。产生空回的主要原因是由于一对齿轮有侧隙存在。从理论上来说，一对啮合齿轮可以是无侧隙的。但在某些情况下，侧隙对传动的正常工作是必要的。由于侧隙的存在，可以避免由于零件的加工误差而使轮齿卡住；此外，它还提供了储存润滑油的空间，以及考虑到由于温度变化而引起零件尺寸的变化等因素。但是侧隙在反向传动中引起的空回误差，将直接影响传动精度。

产生空回的主要因素是：就齿轮本身而言，有中心距变大、齿厚偏差、基圆偏心和齿形误差等。此外，齿轮装在轴上时的偏心、滚动轴承转动座圈的径向偏摆和固定座圈与壳体的配合间隙等也会对空回产生影响。