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为什么小齿轮齿宽比大齿轮大?

  • 2023.01.30 14:45:36
  • 米思米
  • 1733

这个标题的疑问很专业,但可能不大容易被机械设计工程师们注意到,其实这是一个关于设计细节的问题,值得我们去思考下背后的原因。

下面就笔者的认知对这个标题的疑问做一个说明(不一定全面),也希望有其他的专业大拿能够加入到这个技术问题的讨论中来,兼听则明。

首先要说一下,齿轮的宽度是如何定义的,先上一个齿轮的零件图。

为什么小齿轮齿宽比大齿轮大?

根据《机械设计手册》成大先主编版的推荐(第三册,P14-150页):

F=(1.2~1.5)D,F ≥ f

所以在设计单个齿轮零件的时候,如果你对于齿轮的宽度尺寸不知如何确定,可以通过这个公式来计算,正常使用上基本不会有问题,除非有其它特殊的要求和应用。

接下来就是分析大小齿轮互相啮合的时候,它们的宽度应该如何选择的问题,这也是有相应的“经验公式”的,其实很多时候设计也有一些简化的办法,只要学会用一些经验公式就行,可以避免很多所谓的强度和刚性校核计算。

还是从一个大小齿轮的啮合图来演示如何取它们齿宽之间的相对差值,下图:

为什么小齿轮齿宽比大齿轮大?

根据《机械设计手册》成大先主编版的推荐(第三册,P14-153页):

其具体描述为:为了便于装配,通常小齿轮的齿宽比大齿轮齿宽要宽5—10mm。

所以我们可以用经验公式表示为:

A=B+5/10mm

这是一个基于经验的公式,也是可以直接使用的,对我们的设计步骤简化是非常有帮助的,很多设计的基准为什么别人定的就那么合理,特别是在装配的过程中,为何能够用起来得心应手,其实正说明了别人在设计的时候,其零件的尺寸定义都是有根据的,不是胡乱拼凑的,这也是设计老手和菜鸟的区别所在。

那现在我们再回来聚焦这个问题:为什么小齿轮要比大齿轮宽一点?

根据笔者个人的理解,可以从下面几个方面来分析,首先还是要上一个图。

为什么小齿轮齿宽比大齿轮大?

上面这个图“大概率”就是两个等宽齿轮的实际装配效果,从这个图我们可以来分析一下,“小齿轮要比大齿轮宽一点”是基于什么原因考虑的。

1、在设备装配过程中,因为各个装配零件在机械加工过程中的加工误差会直接导致后续的装配误差,如果装配误差发生累计,就很容易引发齿轮错位的问题,而且这样的装配结果很可能是大概率事件,除非在设计上有“调整垫”的环节,否则单纯靠零件的加工精度来保障装配精度是很难实现的,所以一旦发生诸如上图中的装配误差,就会导致齿轮在转动过程中产生一些问题,例如传递扭矩的能力会减小,因为齿轮的接触面积会变小;齿轮磨损不均匀,因为有的位置没有完全啮合;齿轮转动时容易产生异响。

2、为什么是小齿轮宽而不是大齿轮宽,这里主要是从齿轮的材料成本和加工成本来考虑,小齿轮做宽一点,相对不需要那么多材料,在加工上也简单很多。而且在装配难度上也会降低一些,因为齿轮材质以钢制品居多,实际的质量是非常重的,如果还在一个大齿轮上加“肉”,那就意味着这个零件会更重,而重型零件的装配本来就是个麻烦的事情。

3、最后是外观方面的考虑,其实在很多机械产品里,齿轮的啮合会成为很多人的关注焦点,如果设计成等宽的齿轮,一旦装配的时候出现错位,就会让整个产品显得很“随意”,这对产品的质量信心是一个很严重的打击,如果形成这种设计上的不对称,那可以归结为主观设计思路的问题,不会对产品的质量产生负面影响。当然这是我很看重的一个点,你可以忽略这个说话。

如果是在对以上三个方面都没有顾虑的设计环境下,当然也可以把大小齿轮设计成一样的宽度,这并没有很严格的要求,或者说对于很多没有经过足够训练的新手们,本来也没有认识到这是个问题,也就谈不上什么思考了。

但很多时候,普通与优秀之间往往就是“毫厘之差”的细节不同,别人之所以比你更专业,可能也只是多注意了几个细节而已。


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