核心参数概览
我们把这些参数分为几大类,以便更好地理解它们之间的关系：
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- 基本参数：定义齿轮大小和形状的基础。
- 强度参数：与齿轮承载能力和寿命相关的参数。
- 精度与公差：控制齿轮制造质量和啮合性能的参数。
- 高级/可选参数：用于特定场合或特殊齿形的参数。
基本参数
这些是设计齿轮时最先需要确定的参数。
| 参数名称 | 英文/符号 | 解释与作用 | 重要说明 |
|---|---|---|---|
| 模数 | Module (m) | 齿轮设计的核心参数，它决定了轮齿的大小和齿轮的尺寸，模数越大，轮齿越粗壮，能承受的载荷也越大。 | - 国际标准（ISO）和欧洲常用。 - 必须为正数。 - 两个啮合的齿轮必须具有相同的模数。 |
| 径节 | Diametral Pitch (P) | 主要用于英制单位，它是模数的倒数，表示齿轮每英寸节圆直径上的齿数，径节越大，轮齿越小。 | - 主要在美国和英国使用。 - P = 25.4 / m (m 的单位是 mm)。- 两个啮合的齿轮必须具有相同的径节。 - 注意：在 Toolbox 中，你通常需要选择“模数”或“径节”作为输入体系，不能同时输入。 |
| 齿数 | Number of Teeth (z) | 齿轮轮齿的总数量。 | - 直接影响齿轮的传动比、尺寸和速度。 - 齿数太少（<17）会发生根切，削弱轮齿强度，Toolbox 通常会自动避免或修正根切。 |
| 压力角 | Pressure Angle (α) | 轮齿齿形的关键角度，指在啮合点处，齿面法线与齿轮分度圆切线之间的夹角。 | - 最常见的标准值是 20°，旧标准有 14.5°。 - 压力角越大，轮齿根部越厚，强度越高，但传动时产生的径向力也越大，噪音也可能增加。 - 两个啮合的齿轮必须具有相同的压力角。 |
| 齿宽 | Face Width (b) | 齿轮轮齿的轴向宽度。 | - 齿宽越大，齿轮的承载能力越强。 - 但齿宽过大会导致载荷分布不均，增加制造和安装难度，通常推荐 b = (3 to 10) * m。 |
| 齿轮类型 | Gear Type | 选择要设计的齿轮类型。 | - 直齿轮：最常见，轮齿与轴线平行。 - 斜齿轮：轮齿与轴线成一角度，传动更平稳，噪音小，承载能力高。 - 人字齿轮：相当于两个反向的斜齿轮，轴向力可以相互抵消，用于大功率传动。 - 锥齿轮：用于传递相交轴之间的动力。 |
强度与几何参数
这些参数用于更精确地定义齿形,并影响齿轮的强度。
| 参数名称 | 英文/符号 | 解释与作用 | 重要说明 |
|---|---|---|---|
| 齿顶高系数 | Addendum Coefficient (ha*) | 定义齿顶的高度，标准值为 0。 | - 齿顶高 = ha* * m。- 增大此系数可以增大重合度，使传动更平稳，但齿顶容易变尖。 |
| 齿根高系数 | Dedendum Coefficient (hf*) | 定义齿根的高度，标准值为 25。 | - 齿根高 = hf* * m。- 齿根高需要有足够值，以提供齿根圆角，防止应力集中。 |
| 变位系数 | Profile Shift Coefficient (x) | 非常重要的参数，通过改变刀具相对于齿轮毛坯的距离，来对齿轮进行“微调”。 | - 正变位 (x > 0)：增大齿厚，提高轮齿强度，避免根切，常用于小齿轮。 - 负变位 (x < 0)：减小齿厚，用于凑中心距等特殊场合。 - 两个啮合的齿轮，其变位系数之和 (x1 + x2) 决定了中心距是否为标准值。 |
| 螺旋角 | Helix Angle (β) | 仅用于斜齿轮，指螺旋线与齿轮轴线垂直方向之间的夹角。 | - 螺旋角越大，传动越平稳，承载能力越高，但产生的轴向力也越大。 - 常用范围在 8° 到 25° 之间。 |
| 高变位齿轮副 | Modified Gear Pair | 一个选项，用于描述一对齿轮的变位方式。 | - 选择“是”通常意味着两个齿轮的变位系数大小相等，符号相反（x1 = -x2），中心距不变，但小齿轮强度得到加强。 |
精度与公差
这些参数决定了齿轮的制造质量，直接影响其传动性能、噪音和使用寿命。
| 参数名称 | 英文/符号 | 解释与作用 | 重要说明 |
|---|---|---|---|
| 精度等级 | Quality Grade / AGMA Class | 根据国际标准（如 ISO 1328）或美国标准（如 AGMA 2000）定义的制造精度等级。 | - 数字越小，精度越高，ISO 5级精度非常高，而10级精度较低。 - 高精度齿轮用于机床、航空航天等要求平稳、低噪音的场合。 - 低精度齿轮用于农业机械、玩具等要求不高的场合。 |
| 检验项目 | Inspection Items | 根据选择的精度等级，软件会自动推荐需要控制的公差项目。 | - 主要包括： - 齿距累积总公差：控制齿轮在一整圈内的齿距累积误差。 - 单个齿距偏差：控制单个齿距的误差。 - 齿廓总公差：控制齿形的准确性。 - 螺旋线总公差：控制斜齿轮齿向的准确性。 |
高级/可选参数
这些参数用于特定设计需求。
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| 参数名称 | 英文/符号 | 解释与作用 | 重要说明 |
|---|---|---|---|
| 修缘 | Tip Relief / Profile Modification | 在齿顶附近微量削去一部分材料。 | - 目的：补偿齿轮在啮入和啮出时的弹性变形，避免冲击和噪音，提高传动平稳性。 - 对于高速或重载齿轮，修缘是必要的。 |
| 鼓形量 | Crowning | 在齿宽方向上，将齿面修成微小的鼓形。 | - 目的：补偿齿轮轴线的微小不对中或安装误差，使载荷沿齿宽方向分布更均匀，避免应力集中在齿端。 |
| 材料 | Material | 选择齿轮的材料。 | - Toolbox 通常会根据所选材料，提供其强度极限、硬度等属性，用于后续的强度校核（如计算接触强度、弯曲强度）。 - 常用材料：钢（如 20CrMnTi, 45#）、铸铁、工程塑料（如 POM, Nylon）等。 |
实际操作流程建议
- 确定传动要求：首先明确你需要传递的功率、转速、传动比、空间限制等。
- 选择标准体系：决定使用公制（模数）还是英制（径节）。
- 输入基本参数：
- 输入模数或径节。
- 根据传动比计算并输入齿数。
- 选择压力角（20°）。
- 估算并输入齿宽。
- 考虑强度与变位：
- 如果是小齿轮，考虑设置正变位系数以提高强度。
- 如果是斜齿轮，输入合适的螺旋角。
- 选择精度：根据应用场景选择合适的精度等级。
- 生成模型：在 Toolbox 中输入这些参数，生成 3D 模型。
- 验证与修改：检查生成的模型是否符合你的装配要求,并根据需要进行参数微调。
通过理解这些参数，你就可以在 Toolbox 中游刃有余地设计出各种性能和用途的齿轮了。
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