怎樣才能做出好的齒輪產(chǎn)品？齒輪工業(yè)的發(fā)展方向是什么？首先，齒輪設(shè)計(jì)的原則應(yīng)該改變。早期國(guó)內(nèi)機(jī)械工業(yè)的設(shè)計(jì)思想是“擔(dān)心強(qiáng)度不足”，受到材料和加工工藝的制約。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品又笨又重，浪費(fèi)了大量資源。例如，在設(shè)計(jì)齒輪箱齒輪時(shí)，應(yīng)盡量選擇較大的模數(shù)，以滿(mǎn)足特殊工況下的過(guò)載要求。

然后，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)水平的比較，我們發(fā)現(xiàn)“保證在使用期內(nèi)不壞”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以節(jié)省大量相關(guān)資源。我在早期發(fā)現(xiàn)了很多公司的齒輪圖紙，很明顯它是用在有很一般要求1的場(chǎng)合，但它的精度等級(jí)是5級(jí)以上。這是一種浪費(fèi)，需要糾正過(guò)來(lái)。

目前的制造工藝水平已今非昔比。如果按照原來(lái)的思路設(shè)計(jì)，會(huì)固化自己的思維，造成重復(fù)勞動(dòng)和無(wú)效勞動(dòng)，大大增加相關(guān)成本。設(shè)計(jì)必須有精益求精的理念。目前，國(guó)內(nèi)齒輪產(chǎn)品圖大多采用通用的設(shè)計(jì)方法，沒(méi)有細(xì)化的設(shè)計(jì)理念。真正的精細(xì)化設(shè)計(jì)是充分考慮產(chǎn)品本身的應(yīng)用，并有意識(shí)地控制一定的精度指標(biāo)。眾所周知，判斷齒輪副精度的公差有三組：運(yùn)動(dòng)精度誤差、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性誤差和載荷分布均勻性誤差。真正的精細(xì)設(shè)計(jì)應(yīng)該是為每個(gè)項(xiàng)目合理選擇不同的公差等級(jí)。

在保證齒輪和使用壽命的前提下，盡可能減小齒輪的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而減輕設(shè)備的總重量，便于換擋操作。通常通過(guò)改變齒輪的結(jié)構(gòu)，如將齒輪加工成腹板或孔板式，實(shí)現(xiàn)齒輪的重量減輕，同時(shí)提高功率密度。

齒輪箱是典型的彈性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。它在軸承動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生振動(dòng)和輻射噪聲。因此，合理設(shè)計(jì)箱體的結(jié)構(gòu)和振動(dòng)特性有助于降低齒輪系統(tǒng)的噪聲。例如，以箱體薄壁振動(dòng)最小為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，以頻率約束、應(yīng)力約束、幾何約束等為約束條件，將箱體壁在動(dòng)態(tài)激勵(lì)下的振動(dòng)最小化，達(dá)到降低噪聲輻射的目的。另外，在箱體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意保證支座與箱體支點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)連接具有足夠的剛度，以減少系統(tǒng)振動(dòng)。對(duì)于面積較大的薄壁結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)置加強(qiáng)筋，以降低振動(dòng)噪聲的振幅。

對(duì)于高精度齒輪，齒輪的修形程度有時(shí)決定著整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水平。目前的齒輪齒面修形曲線(xiàn)大多是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，或是與同類(lèi)產(chǎn)品相比較進(jìn)行仿制。同一宏觀尺寸的兩對(duì)齒輪副，其齒面修形參數(shù)不同，會(huì)造成使用壽命的巨大差異。

實(shí)際的成形曲線(xiàn)不是設(shè)計(jì)出來(lái)的，而是需要測(cè)試的。大型外國(guó)公司已將修改后的產(chǎn)品參數(shù)一般都是保密的，并投入大量資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)。目前，這方面的工作還有很大差距。

齒輪設(shè)計(jì)必須充分考慮過(guò)程。由于齒輪產(chǎn)品的特殊性，在設(shè)計(jì)中必須考慮粗加工、加工、熱處理和檢驗(yàn)等因素的影響。制造試驗(yàn)一體化可以?xún)?yōu)化材料和工藝，定量評(píng)價(jià)，輔助決策，提高產(chǎn)品的功率密度。特別是對(duì)于弧齒錐齒輪，由于刀具是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，同一系列刀具應(yīng)盡量推廣和系列化。另外，在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)，也要考慮熱處理變形的影響，如不要使齒尖過(guò)于鋒利，且齒根盡量不留未切割的材料，盡量不要使用過(guò)薄的結(jié)構(gòu)等。

齒輪性能的實(shí)現(xiàn)還需要高質(zhì)量的合適材料。對(duì)于齒輪鋼，從強(qiáng)度角度考慮，應(yīng)盡量減少鋼的內(nèi)部缺陷，以減少裂紋形成的機(jī)會(huì)；提高鋼的質(zhì)量，以增強(qiáng)抗裂紋形成和擴(kuò)展的能力。最終達(dá)到了提高齒輪疲勞強(qiáng)度和壽命的目的。因此，齒輪產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員必須了解齒輪的制造工藝，否則會(huì)精疲力竭。

為了降低噪聲，鋼制齒輪軸承的齒面可以進(jìn)行滲硫或鍍銅處理。齒面硫化的目的是降低齒面摩擦系數(shù)。為了提高齒輪的接觸精度，在渦輪齒輪上采用了齒面鍍銅。齒輪熱處理對(duì)噪音也有影響。例如，齒輪淬火后衰減性能惡化，噪聲增加3-4dB。因此，對(duì)強(qiáng)度和磨損性能要求不高的齒輪不需要淬火。對(duì)于潤(rùn)滑油和加油方式的影響，一般認(rèn)為，隨著油量和油粘度的增加，噪聲變小。這是因?yàn)闈?rùn)滑油具有阻尼作用，可以防止嚙合齒面之間的直接接觸。采用油浴潤(rùn)滑時(shí)，由于油面高度不同，齒輪噪聲也不同，即不同的齒輪箱有不同的最佳油位。

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