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§3-8　齿轮的结构设计

齿轮(包括圆柱齿轮和锥齿轮)的主参数，如齿数、模数、齿宽、齿高、螺旋角、分度圆直径等，是通过强度计算确定的，而结构设计主要确定轮辐、轮毂的形式和尺寸。齿轮结构设计时，要同时考虑加工、装配、强度、回用等多项设计准则，通过对轮辐、轮毂的形状、尺寸进行变换，设计出符合要求的齿轮结构。齿轮的直径大小是影响轮辐、轮毂形状尺寸的主要因素，通常是先根据齿轮直径确定合适的结构形式，然后再考虑其他因素对结构进行完善，有关细部结构的具体尺寸数值，可参阅相关手册。

　　齿轮结构可分成四种基本形式：
1、齿轮轴
对于直径很小的齿轮，如果从键槽底面到齿根的距离x过小(如圆柱齿轮x≤2.5，锥齿轮x≤1.6m，、m为模数)，则此处的强度可能不足，易发生断裂，此时应将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴(图3-23)，齿轮与轴的材料相同。
值得注意的是，齿轮轴虽简化了装配，但整体长度大，给轮齿加工带来不便，而且，齿轮损坏后，轴也随之报废，不利于回用。故当x＞2.5(圆柱齿轮)或x＞1.6m(锥齿轮)时，应将齿轮与轴分开制造。

　　　　　　　　　　　　(a)圆柱齿轮轴　　　　　　　　　　　　　　　(b)锥齿轮轴

图3-23　齿轮轴

2、实心式齿轮
当轮辐的宽度与齿宽相等时得到实心式齿轮结构(图3-24)，它的结构简单、制造方便。　　适用条件：
(a)齿顶圆直径da≤200mm；(b)对可靠性有特殊要求；(c)高速转动时降低噪声。
为便于装配和减少边缘应力集中，孔边及齿顶边缘应切制倒角。对于锥齿轮，轮毂的宽度应大于齿宽，以利于加工时装夹。

　　　　　　　　(a)实心式圆柱齿轮　　　　　　　　　　　　　　(b)实心式锥齿轮

图3-24　实心式齿轮

3、腹板式齿轮
当齿顶圆直径da＞200～500mm时，可做成腹板式结构，以节省材料、减轻重量。考虑到加工时夹紧及搬运的需要，腹板上常对称的开出4～6个孔。直径较小时，腹板式齿轮的毛坯常用可锻材料通过锻造得到，批量小时采用自由锻(图3-25)，批量大时采用模锻(图3-26)。直径较大或结构复杂时，毛坯通常用铸铁、铸钢等材料铸造而成(图3-27)。对于模锻和铸造齿轮，为便于起模，应设计必要的拔模斜度和较大的过渡圆角。

(a)自由锻圆柱齿轮

(b)自由锻锥齿轮

图3-25　腹板式自由锻齿轮

4、轮辐式齿轮
当齿顶圆直径da＞400～1000 mm时，为减轻重量，可做成轮辐式铸造齿轮(图3-28)，轮辐剖面常为"+"字形。

图3-28　轮幅式铸造齿轮
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