摘要
齿轮是机械产品的重要零件，齿轮传动是传递机械动力和运动的一种主要形式。它与皮带、摩擦、液压等机械传动相比较，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安全可靠等特点。因此，它已成为许多机械产品中不可缺少的传动部件。齿轮设计与制造的水平直接影响到产品的性能和品质。由于它在工业发展中的突出位，齿轮的质量和可靠性已成为机械工业化的一种象征。齿轮传动在航空产品上也得到了广泛的应用，是航空产品，尤其是航空发动机的重要传动件，其性能的优劣在一定程度上决定着整个产品的质量水平。齿轮是机械传动中常用的零件之一, 尤其渐开线齿轮应用广泛。
本文给出了渐开线根切变位圆柱斜齿轮的端面重合度计算公式，推出它的接触线长度的精确计算公式，并首次采用动态统计规律下接触线平均长度作为计算的平均值，使齿轮传动的设计和校核更加精确合理。
利用MATLAB软件，绘制出了接触线长度变化率随端面重合度、纵向重合度的二维和三维图，并分析出重合度的最佳和最差组合条件。同时，给出了接触线长度计算的程序化和参数的动态调整，从而为齿轮的传动设计提供了理论依据和简捷算法。
关键词：斜齿圆柱齿轮接触线 MATLAB
Abstract
Gear is an important part of mechanical products, mechanical power transmission gear transmission is a major form and movement.It is with the belt, friction, hydraulic mechanical transmission, compared with a power range, high transmission efficiency, transmission ratio accuracy, long life, safe and reliable.so,It has become indispensable in many machinery drive components.The level of gear design and manufacture a direct impact on product performance and quality.Because of its prominent position in industrial development, quality and reliability of the gear has become a symbol of industrial machinery.Gear products in the air has also been widely used in aviation products, especially the importance of aero-engine transmission parts, its performance advantages and disadvantages to some extent determines the quality of the https://www.doczj.com/doc/272952618.html,monly used in mechanical transmission gear is one of the parts, in particular, are widely used involute gear.
In this paper, undercut involute helical deflection face contact ratio gear formula,Launched its exact length of the contact line of the formula,Statistical law for the first time under the dynamic contact line as the calculation of the average length of the average, the gear drive design and verification more accurate and reasonable.
Using MATLAB software, to map out the rate of change of contact length with the face contact ratio, degree of vertical two-dimensional and three-dimensional coincidence map, and analyze the degree of coincidence of the best and worst combination of conditions.At the same time, given the length of contact line calculation procedures and parameters of the dynamic adjustment of the gear drive so as to provide a theoretical basis and design of simple algorithms.
Key Words:Helical Gears Contact line MATLAB
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
第一章 引言 (4)
1.1国内外研究现状 (4)
1.2课题的基础了解 (7)
1.3本文主要研究内容 (7)
第二章 斜齿圆柱齿轮接触线长度计算理论及公式推导 (8)
2.1引言 (8)
2.2 变位根切齿轮重合度及接触线长度的计算 (9)
2.2.1 渐开线斜齿变位根切齿轮重合度的计算 (9)
2.2.2 渐开线斜齿圆柱齿轮接触线长度的精确计算 (10)
2.3 根切齿轮接触线长度随αε、βε的动态变化规律分析 (12)
2.3.1 动态统计规律下的平均长度 (13)
2.3.2 接触线长度变化与重合度αε、βε的组合分析 (15)
2.4本章小结 (15)
第三章 基于MATLAB 接触线长度的参数化调整 (16)
3.1引言 (16)
3.2MATLAB 简介 (16)
3.3 基于MATLAB 的接触线长度参数化调整实例 (18)
3.4 本章小结 (18)
第四章 结语 (19)
附录 程序清单 (20)
参考文献 (28)
致谢 (31)
第一章引言
1.1国内外研究现状
齿轮是机械产品的重要零件，齿轮传动是传递机械动力和运动的一种主要形式。它与皮带、摩擦、液压等机械传动相比较，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安全可靠等特点。因此，它已成为许多机械产品中不可缺少的传动部件。齿轮设计与制造的水平直接影响到产品的性能和品质。由于它在工业发展中的突出位，齿轮的质量和可靠性已成为机械工业化的一种象征。齿轮传动在航空产品上也得到了广泛的应用，是航空产品，尤其是航空发动机的重要传动件，其性能的优劣在一定程度上决定着整个产品的质量水平。齿轮是机械传动中常用的零件之一, 尤其渐开线齿轮应用广泛。
渐开线齿形可以保证齿轮传动比为常数，且在承载能力，加工难易度方面比摆线或其他齿形有优越性。渐开线齿轮比较容易制造，且传动平稳，传递速度稳定，传动比准确，渐开线圆柱齿轮是机械传动量大而广的基础零部件，广泛在汽车、拖拉机、机床、电力、冶金、矿山、工程、起重运输、船舶、机车、农机、轻工、建工、建材和军工等领域中应用。因此现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较小。
传统的设计方法是依据经验用类比法，结合查表及大量繁杂的公式计算，这样的方法一是工作量大，二是不可能对各参数进行优化及筛选，很难保证齿轮精度设计的合理性。因此，借用了辅助软件对齿轮的几何参数进行计算后，对齿轮精度的设计及其相关的数据进行计算机处理，使齿轮的精度设计达到快速、准确、合理，齿轮设计起来就没那么费时和吃力了。
两齿轮齿廓曲面的瞬时接触线称为齿面接触线。当一对斜齿圆柱齿轮啮合传动时，两轮的齿面接触线是一条斜线。在主动轮的齿廓曲面上，该接触线是由齿根逐渐走向齿顶，而在从动轮的齿廓曲面上，该接触线是由齿顶逐渐走向齿根。接触线和法向啮合齿形同为渐开线螺旋面上的两条特性线。接触线误差是在齿轮精度标准JB179-81中被取消，而在JB179-83中重新增加的一项精度指标。接触线误差也就是在基圆圆柱的切平面，平行于公称接触线并包容实际接触线的两条
直线间的法向距离。接触线误差直接影响相啮合齿面在啮合平面中的间隙，因而直接影响齿面接触斑点的尺寸，其全面反映了齿形误差和齿向误差，是评定斜齿轮载荷分布均匀性的一项主要指标。
斜齿圆柱齿轮的重合度系数只考虑重合度对齿轮接触应力的影响系数，他与接触线总长度的大小密切相关。渐开线齿轮在端面重合度αε和纵向重合度βε的影响下，同时有几对轮齿参加啮合，所以造成总的承载齿宽B 将大于齿轮的齿宽b
。由于轮齿的接触线方向与齿宽方向的夹角为基圆螺旋角，所以，总的接触线长度L 可表示为L=错误！未找到引用源。，实际上，在不同的啮合位置上，B 是不断变化的，即总的接触线长度L 变化的，这就引起接触线上载荷的变化。 图1 为斜齿轮的啮合平面。 为基圆螺旋角;αε、βε分别为端面、纵向重合度; Pb t 、Pb a 分别为端面、纵向基圆齿距; A E 为啮合带宽; b 为齿宽。图中2 种斜线代表了2 个啮合时刻的接触线。类似于图1 , 画出在各种αε、βε组合下以及各个不同啮合时刻的大量的接触线图,即可总结接触线长度的变化规律及计算公式。其平均长度L 、最小长度L min , 最大长度L max 的改进公式如下。
式中''1(''''1)/cos a ba b
L P βαβαβαβεεεεεεεεβ+>=-++- 和''1('')/cos a ba b L P βαβαβεεεεεεβ+≤=+分别为
αε和βε值小数点后面的尾数部分值。 /cos /cos ba b b L P b αβαεεβεβ== (1) 当''1('')/cos a ba b L P βαβαβεεεεεεβ+≤=+时 min ''1('')/cos a ba b L P βαβαβεεεεεεβ+≤=+ (2)
当''1(''''1)/cos a ba b L P βαβαβαβεεεεεεεεβ+>=-++-时 min ''1(''''1)/cos a ba b L P βαβαβαβεεεεεεεεβ+>=-++- (3)
当''(''')/cos ba b L P αβαβαβαεεεεεεεβ≤=-+时
max ''(''')/cos ba b L P αβαβαβαεεεεεεεβ≤=-+ (4)
当''(''')/cos ba b L P αβαβαββεεεεεεεβ>=-+时 max ''(''')/cos ba b L P αβ
αβαββεεεεεεεβ>=-+ (5)
对直齿轮(1 ≤αε< 2 时) 有
ab L ε= (6)
min L b = (7) max 2L b = (8)
令max /a N L L = , min /b N L L =, Na 、Nb 分别代表最大、最小接触线长度的
相对大小。在3 种不同αε时的N a 、Nb 2线图如图2 所示。Na 线位于纵坐标等于1 的横线以上部分, Nb 线位于以下部分。
根据分析,在啮合面内接触线总长度随αε、βε 的变化规律以及啮合过程中的动态变化规律为:
(1) 当αε或为整数时, 接触线长度永为定值,在αε一定时,当''εβεα=时N a 有极大值; 当''εβεα= 时Nb 有极小值。所以斜齿
轮的齿宽选择应尽可能使βε接近整数,或使β
ε值适当取大些。
(2) 仅用图2 来反映接触线长度极值的静态大
小是不够的。因为极值大小不同时其持续的时
间也是不的。分析表明: 当L max 偏离L 的程
度大于L mim 偏离L 的程度时, 则L max 持续
时间小于L mim 持续时间, 甚至为瞬时值; 反
之, 当min max L L L L -->时,则L mim 持续时间小
于L max 持续时间,甚至为瞬时值; 当
min max L L L L --> 时, 则L max 与L min 持续
时间相等。即L 是严格的动态统计平均值。
根据以上规律,我们认为:第一,对斜齿轮在分析例如重合度系数时,只应从统计平均值L 出发,而不应从最小值L min 出发。因为L min 值不能反映其动态的持续时间。例如在图2 中N a 、Nb 曲线的高峰或低谷值,实际上都是瞬时值(参见图1) 。从图2 也可知:当βε为整数时, L min 等于平均值L ;当'1'εβεα=-时, L min 为瞬时低谷值。显然采用L min 作出发点不能等价代表这两种情况时齿轮的相对强度。另外从疲劳强度来说,只考虑L min 的不利影响而不考虑L max 的有利影响也是不合理的。第二, 同样的道理,在用三维有限元进行斜齿轮的应力
变形等分析时,也应当只取啮合面内接触线长均等于平均值时的若干个啮合时刻(受力状态) 来进行计算, 并综合其统计规律。
本论文推导斜齿轮接触线长度的计算公式，并总结了接触线长度随αε、
βε的变化规律以及啮合过程中的动态统计规律。并给出了a N εβ=线图。认为接触强度重合度系数公式及有限元计算等均应从动态统计平均接触线长度出发。通过以上途径实现斜齿圆柱齿轮的接触线参数化调整。
1.2课题的基础了解
1.3本文主要研究内容
全文共四章，各章主要内容如下：
第一章，引言。本章叙述了斜齿圆柱齿轮接触线长度计算的国内外研究现状，并结合课题的研究背景及来源，简述了本文的研究内容。
第二章，接触线长度计算理论及公式推导。本章首先讨论了接触线长度计算的原理，其次对斜齿轮重合度及接触线长度进行了理论计算，并对接触线长度随αε、βε的动态变化规律进行了分析。
第三章，基于MATLAB 斜齿圆柱齿轮接触线长度参数化调整，本章简述了MATLAB 的计算绘图功能及参数化调整实例。
第四章，结语，总结全文。
第二章斜齿圆柱齿轮接触线长度计算理论及公式推导2.1引言
渐开线斜齿轮的啮合过程是在前端面从动轮的齿顶一点开始接触，然后接触线由短变长，再由长变短，最后在后端面从动轮齿根部某一点分离。因此，轮齿上所受载荷是逐渐加上和逐渐卸除的。所以重合度较大，传动比较平稳，冲击、振动和噪声较小，在高速、重载传动中获得了广泛应用。
W的变动，对于渐开线斜齿轮，其应力计算中，单位接触线长度上的法向力
n
会增加轮齿在啮合过程中的应力脉动，从而增加轮齿在运转中的振动和噪声。而在实际设计中，因为重合度的选取问题，接触线总长L往往是变化的，这就引起接触线上载荷的变化。因此，计算斜齿变位齿轮接触线长度并实现其参数化调整，对提高齿轮传动的平衡性、承载能力、计算精度以及减振降噪、减少计算量具有重要意义。
随着齿轮传动设计要求的提高，对其计算精度提出了越来越高的要求，尤其是当齿轮进行变位后，变位系数的改变会影响一些参数的改变，进而影响后续的
设计精度。本文首先精确推导了渐开线斜齿变位齿轮传动啮合时重合度以及接触线长度的计算公式，并以此为基础利用MATLAB 实现了根切变位齿轮的参数化调整。
2.2 变位根切齿轮重合度及接触线长度的计算
2.2.1 渐开线斜齿变位根切齿轮重合度的计算
对于变位根切齿轮，因为有变位系数的存在，它的端面重合度的计算应按变位后的公式(2.1)来计算。其变位系数与齿轮各系数、尺寸之间的关系式如下：
()
)tan (tan )tan (tan 21'22'11t at t at z z ααααπεα-+-= (2.1) 其中：β
ααcos tan arctan n t =，)cos arctan(tan αββ=b t t t inv z z x x inv ααα+++=tan )(22
121' ???
? ??-+=-=1cos cos 2'21't t t t z z m a a y αα t t t t y x x y -+=?21
???? ??=111arccos a b at d d α，???
? ??=222arccos a b at d d α t t b z m d αcos 11= t t b z m d αcos 22=
t t t at a m y x h z d )222(1*11?-++=
t t t at a m y x h z d )222(2*22?-++=
式中 m ——齿轮的模数，mm ；
1z 、2z ——分别是相啮合两齿轮的齿数；
α——齿轮的分度圆压力角，rad ；
*a
h ——具顶高系数； 1x 、2x ——分别是相啮合两齿轮的变位系数；
t y ——中心距变动系数；
t y ?——齿高变动系数；
1at α、2at α——端面齿顶圆压力角，rad ；
'α——齿轮传动啮合角，rad ；
1b d 、2b d ——分别是相啮合两齿轮的基圆直径，mm ；
1a d 、2a d ——分别是相啮合两齿轮的齿顶圆直径，mm ；
αε——端面重合度系数。
由图2.1可以看出，正变位齿轮重合度大于负变位齿轮的重合度，且随着齿轮变位系数的增大，重合度也在增大。因此，在选取的变位系数不产生根切的前提下，适当增大小齿轮的正变位，可以减小机构尺寸，提高齿面的接触强度和弯曲强度，修复旧齿轮，并在改善齿根磨损方面更加有利。
图2.1 斜齿轮变位系数与纵向重合度之间的关系
2.2.2 渐开线斜齿圆柱齿轮接触线长度的精确计算
斜齿圆柱齿轮的接触线总长度，只有在齿宽b 恰是轴向基节a P 的整数倍或端面啮合线长度αεt P 恰是端面基节t P 的整数倍时，即当端面重合度αε和纵向重合度βε中有一个为整数时，接触线总长才在任一瞬时恒定不变。而当端面重合度αε和轴向重合度βε都不为整数时，接触线总长度的瞬时值就各不相同。下面讨论瞬时变化的接触线总长度的推导及计算公式。
端面重合度αε一般大于1，即在啮合区内同时有几对齿参与啮合。接触线总长度L 即为各条接触线长度之和。随啮合的进行，每条接触线都在啮合区内移动，其总长度L 一般是变化的，并以图2.2所示位置为最小。斜齿圆柱齿轮传动啮合区中大矩形ABCD 为啮合平面。b β为基圆螺旋角；αε、βε分别为端面重合度和纵向重合度；bx P 、bt P 分别为端面基圆齿距和纵向基圆齿距；αε、βε分别为αε和βε的小数部分。
图2.2 斜齿圆柱齿轮传动啮合区及接触线
图中小矩形abcd 的边长分别为bx P 和bt P 。显然，当1=+βαεε时，啮合区顶点必定落在对角线bd 上；当1<+βαεε时，该顶点必定落在△bcd 内（见图2.2a ）；当1>+βαεε时，该顶点必定落在△abd 内（见图2.2）。这样对应图2.2(b)的接触线总长度比图2.2(a)多出了一段''d b （为bd 线段的一部分），二者的计算公式与变化规律也各不相同[1]。
由图2.2可推导并计算出其平均长度L 、最小长度min L 和最大长度m ax L 的改进公式如下。
b
bx P L βεεβαcos = (2.2) b bx P L βεεεεεεβαβαβαcos )],min([''''max +-= (2.3)
当1≤+βαεε时，b bx
P L βεεεεβαβαcos )(''min -= (2.4) 当1>+βαεε时，b bx P L βεεεεεεβαβαβαcos )1(''''min -++-=
(2.5)
2.3 根切齿轮接触线长度随αε、βε的动态变化规律分析
由上推导出的接触线长度计算公式可以绘制出接触线长度相对变化率nim λ、m ax λ随αε、βε变化曲线图，如图 2.3，2.4所示。图中，令L L nim /m in =λ，L L nax /max =λ。
图2.3 接触线长度相对变化率nim λ、m ax λ随αε、βε变化曲线
图2.4 接触线长度变化率nim λ、m ax λ随αε、βε的动态变化规律三维图
根据图2.3、图2.4中接触线长度变化率nim λ、m ax λ随αε、βε的动态变化规律的二维以及三维图分析可知，在啮合面内接触线总长度随αε、βε的变化规律以及啮合过程中的动态变化规律为：
⑴当αε或βε为整数时，接触线总长度为一定值L ； ⑵当两重合度的小数部分αε＝βε时，nim λ有极小值，m ax λ有极大值。因此，在斜齿轮设计选择齿宽时，应尽可能使βε接近整数，或使βε值取大些[2]；
⑶当αε和βε都不为整数时，接触线总长度是瞬时变化的，这时再把L 作为平均接触线长度值在概念上显然不妥[3]，由上图变化规律知，这时L 也不是最小长度min L 和最大长度m ax L 的简单平均值，而应该是动态统计的平均值。
2.3.1 动态统计规律下的平均长度
由端面重合度的定义可知，在啮合区长度bt P αε的范围内，min L 出现的概率为αε-1，max min ~L L 之间变动出现的概率为αε[1]。这里忽略基圆曲率的微小变化影响，认为min L 的啮合时间为αε-1，max min ~L L 之间的啮合时间为m ax L ，则平均接触线长度应为其动态统计规律下的平均长度，即
αααεεε??
? ??-+=??? ??++-=22)1(min max min max min min L L L L L L L (2.6) 如图2.5所示，为接触线的最小、最大以及动态统计平均长度比较。由图可知，当αε一定时，随着βε增大，接触线动态统计平均值一般呈线性增长，但并不是min L 和m ax L 严格的的平均值。用本文的改进方法计算得到的接触线长度平均值与现行标准给出的值是有差异的，现行标准中的值并不能反映其动态的持续时间。一般情况下，这个动态统计下的平均值应小于其平均值。
图2.5 接触线长度随αε、βε变化规律
2.3.2 接触线长度变化与重合度αε、βε的组合分析
由前述分析可知，重合度αε、βε的最佳组合应使L 保持不变，而要接触线总长不变，则应使重合度αε或βε中有一个为整数[4]。由图2.3可看出，在αε一定的情况下，βε为整数时，其接触线相对长度变化率为1，接触线总长始终保持不变，即与啮合位置无关。因此，在齿轮传动设计中，应尽量选择较大的αε，或选择合适的齿宽，使值βε尽量取整数。
当αε、βε均不为整数时，由上图可以看出，在啮合过程中，其总接触线长度是变化的。重合度αε、βε的最差组合，是当αε＝βε时，m ax λ有极大值，nim λ有极小值。此时接触线总长的瞬时值变化较大，则会增加轮齿在啮合过程中的应力脉动，从而增加轮齿在运转中的振动和噪声。这种情况在斜齿圆柱齿轮设计中应尽量避免。
而在齿轮传动设计中，设计较好的齿轮副，其最小接触线长度约为接触线平均总长度的95%或更大[4]。
2.4本章小结
本章首先介绍了接触线长度计算理论，然后对斜齿圆柱齿轮重合度及接触线长度进行了理论计算，并讨论分析了接触线长度随αε、βε的动态变化规律。
第三章基于MATLAB接触线长度的参数化调整
3.1引言
本章简述了MATLAB软件的计算绘图功能，然后根据第二章的理论计算，借助MATLAB实现斜齿圆柱齿轮接触线长度的参数化调整。
3.2MATLAB简介
MATLAB（Matrix Laboratory）是Math Works公司开发的，目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件，它广泛应用于自动控制，数学运算，信号分析，计算机科技，图像信号处理，财务分析，航天工业，汽车工业，生物医学工程，语音处理和雷达工程等各行各业，也是国内外高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。由于它具有强大的计算和绘图功能，大量稳定可靠的算法库和简洁的编程语言，已成为数学计算工具方面实事上的便准。
MATLAB的产生是与数学计算分不开的，以前的数值计算软件包大多用Fortran
或C语言编写，一个软件只能解决一个局部问题，很难广泛应用。到20世纪70年代中期，Cleve Moler为了解决线性方程和特征值问题，他和同事开发了LINPACK和EISPACK的Fortran子程序库，后来又编写了接口程序，取名MATLAB。MATLAB开始应用与数学界。工程师Jack Little 将MATLAB用C语言重写，1984年成立Math Works公司，MATLAB正式推向市场。
MATLAB语言比较好学，因为它语法规则简单，更适应与专业科技人员的思维方式和书写习惯；与其他计算机语言相比，它用解释方式工作，无需像C和Fortran 语言那样，对源程序进行编译、连接再形成可执行文件，键入程序立即得出结果，因此更加简捷和智能化，人机交互性能好；它可应用多种平台，随计算机软、硬件的更新而及时更新升级，使得编程和调试效率大大提高。
MATLAB的特点：
1.功能强大
(1)运算功能强大。MATLAB是以复数矩阵为基本编程单元的程序设计语言，其强大的运算功能使其成为世界顶尖的数学应用软件之一。
(2)功能丰富的工具箱。大量针对各专业应用的工具箱的提供，使MATLAB适用于不同领域。
(3)文字处理功能强大。MATLAB的Notebook为用户提供了强大的文字处理功能，允许用户从word访问MATLAB的数值计算和可视化结果。通过使用MATLAB的Notebook，用户可以创建MATLAB的程序文档、技术报告、注释文档、手册或教科书。
2.人机界面友好，编程效率高
MATLAB的语言规则与笔算式相似，其矩阵的行列数无需定义。由于MATLAB的命令表达方式与标准的数学表达式非常接近，因此，易写易读并易于在科技人员之间交流。
3.强大而智能化的作图功能
MATLAB可以方便地将工程计算结果可视化，使原始数据的关系更加清晰明了，并揭示了数据的内在联系。MATLAB能根据输入数据自动确定最佳坐标；规定多种坐标系；设置不同颜色、线型、视角等，并能绘制三维坐标中的曲线和曲面。
4.可扩展性强
MATLAB软件包括基本部分和工具箱两大部分，具有良好的可扩展性。MATLAB的函数大多为ASCII文件，可直接编揖、修改，MATLAB的工具箱可以任意增减。
5.Simulink动态仿真功能
MATLAB的Simulink提供了动态仿真的功能，用户能够通过绘制框图来模拟一个线型、非线型、连续或离散的系统，通过Simulink仿真并分析该系统。
3.3 基于MATLAB的接触线长度参数化调整实例
利用MATLAB强大的数值计算及绘图功能，完成变位根切齿轮的计算，并通过窗口界面来输入参数和输出计算结果，从而实现计算的程序化和参数的动态调整。
具体输入参数及输出后的参数值见图5所示：
图5 输入参数后计算变位根切齿轮接触线长度的界面
3.4 本章小结
本章首先对MATLAB软件进行了介绍，简述了MATLAB的计算绘图功能及其特点，并根据第二章的理论计算，借助MATLAB对斜齿圆柱齿轮接触线进行参数化
的调整。
第四章结语
齿轮是机器、仪器中使用最多的传动零件，尤其是渐开线圆柱齿轮的应用更为广泛。齿轮是一个较复杂的几何体，对单个齿轮的齿廓加工误差国家标准规定了17种控制参数，根据齿轮使用要求的不同，对以上17个参数控制的要求也不同。如何确定齿轮的精度等级以及依据其精度等级确定相关控制参数的公差值，是齿轮设计的关键所在。
本文给出了渐开线根切变位圆柱斜齿轮的端面重合度计算公式，推出它的接触线长度的精确计算公式，并首次采用动态统计规律下接触线平均长度作为计算的平均值，使齿轮传动的设计和校核更加精确合理。
利用MATLAB软件，绘制出了接触线长度变化率随端面重合度、纵向重合度的二维和三维图，并分析出重合度的最佳和最差组合条件。同时，给出了接触线长度计算的程序化和参数的动态调整，从而为齿轮的传动设计提供了理论依据和简捷算法。
附录程序
斜齿轮变位系数与纵向重合度之间的关系
clear all
%求解变位斜齿轮传动计算公式的基本参数
mn=0.003;z1=14;z2=26;an=20*pi/180;% 这里an取20度
bata=15;%这里bata的值一般取8-20度
bata=((bata*pi)/180);
B=0.05;%齿宽 B
han=1;%端面齿顶高系数，取标准值 han=1
xn1=0.4;%xn2=-0.6;%端面变位系数
k=200; %基本参数及重合度计算
for i=0:1:k
xn2=-1+0.01*i;
i=i+1;
hat=han*cos(bata);
mt=mn/cos(bata);
xt1=xn1*cos(bata);xt2=xn2*cos(bata);
at=atan((tan(an))/cos(bata));
batab=atan(tan(bata)*cos(at));
at1=(2*(xt1+xt2)*tan(at))/(z1+z2)+at;
a0=mn*(z1+z2)/(2*cos(bata));a1=a0*cos(at)/cos(at1);
yt=(a1-a0)/mt;deltayt=xt1+xt2-yt;
%hat1=hat+xt1-deltayt;hat2=hat+xt2-deltayt;da1=(z1+2*hat1)*mt;da2=(z2+2*hat2)*m t;
%这里注意要考虑齿顶高系数的变动影响
db1=mt*z1*cos(at);db2=mt*z2*cos(at);
da1=(z1+2*hat+2*xt1-2*deltayt)*mt;da2=(z2+2*hat+2*xt2-2*deltayt)*mt;
圆锥齿轮的画法 单个圆锥齿轮结构画法 ［文本］ 圆锥齿轮通常用于交角90°的两轴之间的传动，其各部分结构如图所示。齿顶圆所在的锥面称为顶锥面、大端端面所在的锥面称为背锥，小端端面所在的锥面称为前锥，分度圆所在的锥面称为分度圆锥，该锥顶角的半角称为分锥角，用δ表示。 圆锥齿轮的轮齿是在圆锥面上加工出来的，在齿的长度方向上模数、齿数、齿厚均不相同，大端尺寸最大，其它部分向锥顶方向缩
小。为了计算、制造方便，规定以大端的模数为准计算圆锥齿轮各部分的尺寸，计算公式见下表。 其实与圆柱齿轮区别也不大，只是圆锥齿轮的计算参数都是打 断的参数，齿根高是 1.2 倍的模数，比同模数的标准圆柱齿轮的齿顶 高要小，另外尺高的方向垂直于分度圆圆锥的母线，不是州县的平行 方向。 单个圆锥齿轮的画法规则同标准圆柱齿轮一样，在投影为非圆 的视图中常用剖视图表示，轮齿按不剖处理，用粗实线画出齿顶线、 齿根线，用点画线画出分度线。在投影为非圆的视图中，只用粗实线 画出大端和小端的齿顶圆，用点画线画出大端的分度圆，齿根圆不画。 ［文本］ 注意：圆锥齿轮计算的模数为大端的模数，所有计算的数据都是大端的参数，根据大端的分度圆直径，分锥角画出分度线细点画线，
量出齿顶高、齿根高，即可画出齿顶和齿根线，根据齿宽，画出齿形 部分，其余部分根据需要进行设计。 单个齿轮的画法同圆柱齿轮的规定完全相同。应当根据分锥 角，画出分度圆锥的分度线，根据分度圆半径量出大端的位置，根据 齿顶高、齿根高找出大端齿顶和齿根的位置，向分度锥顶连线，就是 顶锥（齿顶圆锥）和根锥（齿根圆锥），根据齿宽量出分度圆上小端 的位置，做分度圆线的垂直线，其他的次要结构根据需要设计即可。 啮合画法 [ 文本 ] 锥齿轮的啮合画法同圆柱齿轮相同，如图所示。
斜齿轮的齿廓曲面形成与直齿轮的齿廓曲面形成相似，只是直线 不再与齿轮的轴线平行，而与它成一交角。当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线 上各点展成的渐开线集合，形成了斜齿轮的渐开螺旋形齿廓曲面。角称为基圆柱上的螺旋角。 1. 螺旋角 是反映斜齿轮特征的一个重要参数，通常所说斜齿轮的螺旋角，如不特别注明，即指分度圆柱面上的螺旋角。有左、右旋差别，也有正、负之分。 2. 端面参数和法面参数的关系 垂直于斜齿轮轴线的平面称为端面，与分度圆柱面上螺旋线垂直的平面称为法面。在进行斜齿轮几何尺寸计算时，应注意端面参数和法面参数之间的换算关系。 （a ）斜齿圆柱齿轮的展开图 （ b ）斜齿轮法面和端面压力角的关系 (1) 齿距与模数
在图a所示的斜齿圆柱齿轮分度圆柱面展开图中，设为法向齿距，为端面齿距，为法向模数，为端面模数，它们的关系为 (2) 压力角 图b所示为斜齿条的一个齿，其法面内(平面)的压力角称法面压力角；端面内(平面)的压力角 称端面压力角。由图可知，它们的关系为 用成型铣刀或滚刀加工斜齿轮时，刀具的进刀方向垂直于斜齿轮的法面，故一般规定法面内的参数为标准参数。 3. 外啮合斜齿轮的正确啮合条件 4.几何尺寸计算 斜齿轮的几何尺寸是按其端面参数来进行计算的。它与直齿轮的几何尺寸计算一样，即可将直齿轮的各几何尺寸计算公式中的标准参数（）全改写为斜齿轮的端面参数，再代换以法面参数表示的计算公式，即可得斜齿轮的几何尺寸的计算公式。 分度圆直径， 齿顶高 齿根高 端面模数（为法面模数） 端面压力角 斜齿轮的其他几何尺寸就很容易有上述几何尺寸可直接计算得到。
作从动齿条分度面的俯视图，如图所示。显然，齿条前端面的工作齿廓只在 区间处于啮合状态。由图可见，当轮齿到达虚线所示位置时，前端面虽已开始脱离啮合区，但轮齿的后端面仍处在啮合区内，整个轮齿尚未终止啮合。只有当轮齿后端面也走出啮合区，该齿才终止啮合。即斜齿轮传动的啮合弧比端面齿廓完全相同的直齿轮传动啮合弧增大 ，故斜齿轮传动的重合度为 由上式可见，斜齿轮传动的重合度随齿宽b 和螺旋角β的增大而增大，这是斜齿轮传动运转平稳、承载能力较高的原因之一。 过斜齿轮分度圆上一点 C 作齿的法平面，该平面与分度圆柱面的交线为椭圆， 其长半轴a=短半轴b=。由高等数学可知，椭圆在C 点的曲率半径ρ为 以ρ为分度圆半径，以斜齿轮的法面模数 为模数，取标准压力角作一直齿圆柱齿轮，其齿形近似于此斜齿轮的法面齿形。 则此直齿圆柱齿轮称为该斜齿圆柱齿轮的当量齿轮，其齿数称为当量齿数，用表示。故 式中z 为斜齿轮的实际齿数。 当量齿数可以用来选择铣刀号码或进行强度计算，还可以将直齿轮的某些概念直接用到斜齿轮上。如用计 算斜齿轮的不产生根切的最少齿数， 式中为直齿圆柱齿轮不产生切齿干涉的最少齿数。由上式可知，斜齿轮不产生切齿干涉的最少齿数比直齿轮的少，故机构紧。
例题10-3试设计一减速器中的直齿锥齿轮传动。已知输入功率P=10kw，小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=3.2，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。 [解]1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）选用标准直齿锥齿轮齿轮传动，压力角取为20°。 （2）齿轮精度和材料与例题10-1同。 （3）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=uz1=3.224=76.8，取z2=77。 2.按齿面接触疲劳强度设计 （1）由式（10-29）试算小齿轮分度圆直径，即 1) =1.3 计算小齿轮传递的转矩。 9.948 选取齿宽系数=0.3。 查得区域系数 查得材料的弹性影响系数。 [] 由图 由式（ ， 由图10-23查取接触疲劳寿命系数 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-14）得 取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即
2）试算小齿轮分度圆直径 (2) 1 3.630m/s ②当量齿轮的齿宽系数 0.342.832mm 2) ①由表查得使用系数 ②根据级精度（降低了一级精度） ④由表 由此，得到实际载荷系数 3)由式（10-12），可得按实际载荷系数算得的分度圆直径为 及相应的齿轮模数 3.按齿根弯曲疲劳强度设计 （1）由式（10-27）试算模数，即
1）确定公式中的各参数值。 ①试选 ②计算 由分锥角 由图 由图 由图查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 由图取弯曲疲劳寿命系数 ，由式（10-14）得 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 2)试算模数。 =1.840mm
传动 形式 齿轮形状主要特点 两轴平行的齿轮传动直齿圆柱齿 轮传动 1、两轮轴线互相平行。 2、齿轮的齿长方向与齿轮轴线 互相平行。 3、两轮传动方向相反。 4、此种传动形式英勇最广泛。 直齿圆柱齿 轮传动 1、两轮轴线互相平行。 2、齿轮的齿长方向与齿轮轴线 互相平行。 3、两轮传动方向相反； 斜齿圆柱齿 轮传动 1、轮齿齿长方向线与齿轮轴线 倾斜一个角度。 2、与直齿圆柱齿轮传动相比， 同时啮合的齿数增多，传动平 稳，传动的扭矩也比较大。 3、运转时存在轴向力。 4、加工制造比直齿圆柱齿轮传 动麻烦。 斜齿圆柱齿 轮传动 非圆齿轮传 动 1、目前常见的非圆齿轮有椭圆 形、扇形。 2、当主动轮等速转动时从动轮 可以实现有规则的不等速转动。 3、此种传动多见于自动化机构。
人字齿轮传 动1、具有斜齿圆柱齿轮的优点，同时运转时不产生轴向力。2、适用于传递功率大，需作正反向运转的机构中。 3、加工制造比斜齿圆柱齿轮麻烦。 传动 形式 齿轮形状主要特点 两轴相交的齿轮传动交叉轴斜齿 轮传动 1、两轮轴线不再同一平面上， 或者任意交错，或者垂直交错。 2、两轮的螺旋角可以相等，也 可以不相等。 3、两轮的螺旋方向可以相同， 也可以不相同。 蜗杆传动 1、蜗杆轴线与蜗轮轴线成垂直 交错。 2、可以实现大的传动比，传动 平稳，噪声小，有自锁。 3、传动效率较低，蜗杆线速度 受一定限制。 直齿锥齿轮 传动 1、两轮轴线相交于锥顶点，轴 交角α有三种，α〉90°，α =90°（正交），α〈90°。 2、轮齿齿线的延长线通过锥点。
斜齿锥齿轮传动 1、轮齿齿线呈斜向，或者说，齿线的延长线不通过锥点，而是 与某一圆相切。 2、两轮螺旋角相等，螺旋方向相反。 弧齿锥齿轮传动 1、轮齿齿线呈弧形。 2、两轮螺旋角相等，螺旋方向 相反。 3、与直齿锥齿轮传动相比，同 时参加啮合的齿数增多，传动平稳，传动的扭矩较大。 齿轮几何要素的名称、代号 齿顶圆：通过圆柱齿轮轮齿顶部的圆称为齿顶圆，其直径用 d a 表示。 齿根圆：通过圆柱齿轮齿根部的圆称为齿根圆，直径用 d f 表示。 齿顶高：齿顶圆 d a 与分度圆d 之间的径向距离称为齿顶高，用 h a 来表示。 齿根高：齿根圆 d f 与分度圆 d 之间的径向距离称为齿根高，用 h f 表示。 齿顶高与齿根高之和称为齿高，以h 表示，即齿顶圆与齿根圆之间的径向距离。以上所述的几何要素均与模数 m 、齿数z 有关。 齿形角：两齿轮圆心连线的节点Ｐ处，齿廓曲线的公法线（齿廓的受力方向）与两节圆的内公切线（节点P 处的瞬时运动方向）所夹的锐角，称为分度圆齿形角，以α表示，我国采用的齿形角一般为20°。 传动比：符号i ，传动比i 为主动齿轮的转速n 1（r/min ）与从动齿轮的转速n 2（r/min ）之比，或从动齿轮的齿数与主动齿轮的齿数之比。 即i= n 1/n 2 = z 2/z 1
斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算 斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数应为标准值。 1.螺旋角β 右图所示为斜齿轮分度圆柱面展开图，螺旋线展开成一直线，该直线与轴线的夹角β称为斜齿轮在分度圆柱上的螺旋角，简称斜齿轮的螺旋角。 tanβ=πd/ps 对于基圆柱同理可得其螺旋角βb为: 所以有： 通常用分度圆上的螺旋角β斜进行几何尺寸的计算。螺旋角β越大，轮齿就越倾斜，传动的平稳性也越好，但轴向力也越大。通常在设计时取。对于人子齿轮，其轴向力可以抵消，常取，但加工较为困难，一般用于重型机械的齿轮传动中。 齿轮按其齿廓渐开螺旋面的旋向，可分为右旋和左旋两种。如何判断左右旋呢？测试一下？ 2.模数 如图所示，pt为端面齿距，而pn为法面齿距，pn = pt·cosβ，因为p=πm, πmn ＝πmt·cosβ,故斜齿轮法面模数与端面模数的关系为: mn＝mt·cosβ。
3.压力角 因斜齿圆柱齿轮和斜齿条啮合时，它们的法面压力角和端面压力角应分别相等，所以斜齿圆柱齿轮法面压力角αn和端面压力角αt的关系可通过斜齿条得到。在右图所示的斜齿条中，平面ABD在端面上，平面ACE在法面S上，∠ ACB=90°。在直角△ABD、△ACEJ及△ABC中，、 、、BD=CE，所以有： 法面压力角和端面压力角的关系 4.齿顶高系数及顶隙系数： 无论从法向或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的，即 5.斜齿轮的几何尺寸计算：只要将直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式中的各参数看作端面参数，就完全适用于平行轴标准斜齿轮的几何尺寸计算，具体计算公式如下表所示： 从表中可以看出，斜齿轮传动的中心距与螺旋角β有关。当一对斜齿轮的模数、齿数一定时，可以通过改变螺旋角β的方法来凑配中心距。
斜齿圆柱齿轮PROE画法 斜齿圆柱齿轮PROE画法 1. 设定齿轮各项参数 进入菜单栏中――工具――参数，然后添加并设定下列参数(参数可随意命名,只要自己知道各项参数名所代表含义)． M=６ (代表模数) Ｚn=3４(代表齿数) Ａ=20 (代表压力角) Beta=20 (代表齿轮斜度) Ｂ=80（代表齿轮宽度） Ｈax＝１（代表齿顶系数） Cx=0.25（代表齿根系数） X1=0 (代表变位系数，等于０表示无变位) 2. 设定关系式 D=M*Zn/cos(Beta)----------------------这是分度圆直径的计算公式 DA=D+2*(Hax+X1)*M------------------这是齿顶圆直径的计算公式 DB=D*cos(A)---------------------------这是基圆直径的计算公式 DF=D-2*(Hax+Cx-X1)*M---------------这是齿根圆直径的计算公式
3. 建立坐标系 (这一步可以省略,其主要的目的是为了控制第一个齿的位置),将现有坐标系绕Z轴旋转一个任意角度,先复制原始坐标,再选择性粘贴即可.如图 4. 沿坐标系Z轴方向建立一根轴线 如图.
5. 草绘曲线 分别绘制四个圆，分别代表齿顶圆，分度圆，齿根圆，基圆，并添加关系式控制． Sd0=D Sd1=DA Sd2=DB Sd3=DF 6. 绘制渐开线 点选绘制＂曲线＂的图标，然后选＂从方程＂，再选笛卡尔坐标系，然后再选第三步建立的坐标系．然后定义方程： r=DB/2 theta=t*45 x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180 y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180 z=0
目录 设计任务书 (2) 第一部分传动装置总体设计 (4) 第二部分 V带设计 (6) 第三部分各齿轮的设计计算 (9) 第四部分轴的设计 (13) 第五部分校核 (19) 第六部分主要尺寸及数据 (21)
设计任务书 一、课程设计题目： 设计带式运输机传动装置（简图如下） 原始数据： 工作条件： 连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为10年，小批量生产，单班制工作（8小时/天）。运输速度允许误差为% 。 5
二、课程设计内容 1）传动装置的总体设计。 2）传动件及支承的设计计算。 3）减速器装配图及零件工作图。 4）设计计算说明书编写。 每个学生应完成： 1）部件装配图一张（A1）。 2）零件工作图两张（A3） 3）设计说明书一份（6000~8000字）。 本组设计数据： 第三组数据：运输机工作轴转矩T/(N.m) 690 。 运输机带速V/(m/s) 0.8 。 卷筒直径D/mm 320 。 已给方案：外传动机构为V带传动。 减速器为两级展开式圆柱齿轮减速器。
第一部分传动装置总体设计 一、传动方案（已给定） 1）外传动为V带传动。 2）减速器为两级展开式圆柱齿轮减速器。 3）方案简图如下： 二、该方案的优缺点： 该工作机有轻微振动，由于V带有缓冲吸振能力，采用V带传动能减小振动带来的影响，并且该工作机属于小功率、载荷变化不大，可以采用V带这种简单的结构，并且价格便宜，标准化程度高，大幅降低了成本。减速器部分两级展开式圆柱齿轮减速，这是两级减速器中应用最广泛的一种。齿轮相对于轴承不对称，要求轴具有较大的刚度。高速级齿轮常布置在远离扭矩输入端的一边，以减小因弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均现象。原动机部分为Y系列三相交流异步 总体来讲，该传动方案满足工作机的性能要求，适应工作条件、工作
斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算（转载） 狂人不狂收录于2007-04-18 阅读数：1093 收藏数：2公众公开原文来源 我也要收藏以文找文如何对文章标记，添加批注？ 9.9.２◆斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算◆ 斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数应为标准值。 1.螺旋角β 右图所示为斜齿轮分度圆柱面展开图，螺旋线展 开成一直线，该直线与轴线的夹角β称为斜齿轮 在分度圆柱上的螺旋角，简称斜齿轮的螺旋角。 tanβ=πd/ps 对于基圆柱同理可得其螺旋角βb 为 : 所以有： ...（9-9-01） 通常用分度圆上的螺旋角β斜进行几何尺寸的 计算。螺旋角β越大，轮齿就越倾斜，传动的平 稳性也越好，但轴向力也越大。通常在设计时取。 对于人子齿轮，其轴向力可以抵消，常取，但加 工较为困难，一般用于重型机械的齿轮传动中。 齿轮按其齿廓渐开螺旋面的旋向，可分为右旋和 左旋两种。如何判断左右旋呢？测试一下？ 2.模数 如图所示，pt为端面齿距，而pn为法面齿距，pn = pt·cosβ，因为p=πm, πmn＝πmt·cosβ,故斜齿轮法面模数与端面模数的关系为: mn＝mt·cosβ。 3.压力角 因斜齿圆柱齿轮和斜齿条啮合时，它们的法面压力 角和端面压力角应分别相等，所以斜齿圆柱齿轮法 面压力角αn和端面压力角αt的关系可通过斜齿条 得到。在右图所示的斜齿条中，平面ABD在端面 上，平面ACE在法面S上，∠ACB=90°。在直角 △ABD、△ACEJ及△ABC中， 、 、 、BD=CE，所以有：... （9-9-03） >>法面压力角和端面压力角的关系<<
标准直齿圆柱齿轮的测绘方法和步骤 一、测绘目的 掌握用测量工具对标准直齿轮进行测绘的方法和步骤；通过测绘，能计算并确定其主要参数及各部分尺寸，完成齿轮的工作图。 二、齿轮的作用 一级直齿圆柱齿轮减速器是通过装在箱体内的一对啮合齿轮的传动，使动力从输入轴传至输出轴来实现减速的。 三、直齿圆柱齿轮的画法 虽然标准直齿轮的结构有齿轮轴、实心式、腹板式、孔板式和轮辐式等多种形式，但国家标准只对齿轮的轮齿部分作了规定画法，其余部分按齿轮轮廓的真实投影绘制。 单个直齿圆柱齿轮的画法 四、标准直齿圆柱齿轮的测绘步骤 1、数出齿轮的齿数z 2、测量齿轮的齿顶圆直径da 如果是偶数齿，可直接测得，见图（ a ）。若是奇数齿，则可先测出轮毂孔的直径尺寸Ｄ1 及孔壁到齿顶间的单边径向尺寸Ｈ，见图（ c ）, 则齿顶圆直径：ｄa =2H+D1
3、计算和确定模数ｍ 依据公式ｍ= ｄa /( Z+2) 算出ｍ的测得值，然后与标准模数值比较，取较接近的标准模数为被测齿轮的模数。 4、计算齿轮各部分尺寸（主要计算d,da,df） 5、测量齿轮其它各部分尺寸 例如齿宽b，轮毂的孔径等，期中键槽的宽度，毂槽深需查表确定，在公差课本P196表8-1,根据孔径为28mm，查出键宽为8mm,毂槽深为3.3mm，其极限偏差为ES=+0.2mm,EI=0,标注尺寸为d+t1=31.3mm,极限偏差不变，还是ES=+0.2mm,EI=0，键槽宽度为8Js9。
6、绘制齿轮工作图 五、思考：与大齿轮相啮合的小齿轮的各几何尺寸如何确定？ 根据齿轮传动的正确啮合条件，两齿轮的模数相等，所以小齿轮的模数等于大齿轮的模数，再数出小齿数的齿数，就可以根据公式计算出其各部分几何尺寸。 六、本节小结 标准直齿轮的测绘步骤为： 1、数出齿轮的齿数z； 2、测量齿轮的齿顶圆直径da； 3、计算和确定模数ｍ； 4、计算齿轮各部分尺寸； 5、测量齿轮其它各部分尺寸； 6、绘制齿轮工作图。
第14章 弧齿锥齿轮的轮坯设计 14.1 弧齿锥齿轮的基本概念 14.1.1 锥齿轮的节锥 对于相交轴之间的齿轮传动，一般采用锥齿轮。锥齿轮有直齿锥齿轮和弧齿锥齿轮。弧齿锥齿轮副的形式如图14-1所示，与直齿锥齿轮相比，轮齿倾斜呈弧线形。但弧齿锥齿轮的节锥同直齿锥齿轮的节锥一样，相当于一对相切圆锥面作纯滚动，它是齿轮副相对运动的瞬时轴线绕齿轮轴线旋转形成的（图14-2）。两个相切圆锥的公切面成为齿轮副的节平面。齿轮轴线与节平面的夹角，即节锥的半锥角称为锥齿轮的节锥角δ1或δ2。两齿轮轴线之间的夹角称为锥齿轮副的轴交角∑。节锥任意一点到节锥顶点O 的距离称为该点的锥距R i ，节点P 的锥距为R 。因锥齿轮副两个节锥的顶点重合，则 21δδ+=∑ 大小轮的齿数之比称为锥齿轮的传动比 1 2 12z z i = (14-1) 小轮和大轮的节点半径r 1、r 2分别为 11sin δR r = 22sin δR r = (14-2) 它们与锥齿轮的齿数成正比，即 1 2 1212sin sin z z r r ==δδ (14-3) 传动比与轴交角已知，则节锥可惟一的确定，大、小轮节锥角计算公式为 ∑ +∑ = cos 1sin 12122i i tg δ 21δδ-∑= (14-4) 当0 90=∑时，即正交锥齿轮副，122i tg =δ 14.1.2弧齿锥齿轮的旋向与螺旋角 1．旋向 弧齿锥齿轮的轮齿对母线的倾斜方向称为旋向，有左旋和右旋两种（图14-3）。面对轮齿观察，由小端到大端顺时针倾斜者为右旋齿轮（图14-3b ），逆时针倾斜者则为左旋齿（图14-3a ）。 大小轮的旋向相图14-2 锥齿轮的节锥与节面 (a) 左旋 (b) 右旋 图14-1 弧齿锥齿轮副
斜齿轮的参数及齿轮计算 携带 The following text is amended on 12 November 2020.
斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数应为标准值。 1.螺旋角β 右图所示为斜齿轮分度圆柱面展开图，螺旋线展开成一直线，该直线与轴线的夹角β称为斜齿轮在分度圆柱上的螺旋角，简称斜齿轮的螺旋角。 tanβ=πd/ps 对于基圆柱同理可得其螺旋角βb为: 所以有： 通常用分度圆上的螺旋角β斜进行几何尺寸的计算。螺旋角β越大，轮齿就越倾斜，传动的平稳性也越好，但轴向力也越大。通常在设计时取。对于人子齿轮，其轴向力可以抵消，常取，但加工较为困难，一般用于重型机械的齿轮传动中。 齿轮按其齿廓渐开螺旋面的旋向，可分为右旋和左旋两种。如何判断左右旋呢测试一下 2.模数 ，pt为端面齿距，而pn为法面齿距，pn = pt·cosβ，因为p=πm, πmn＝ πmt·cosβ,故斜齿轮法面模数与端面模数的关系为: mn＝mt·cosβ。 3.压力角 因斜齿圆柱齿轮和斜齿条啮合时，它们的法面压力角和端面压力角应分别相等，所以斜齿圆柱齿轮法面压力角αn和端面压力角αt的关系可通过斜齿条得到。在右图所示的斜齿条中，平面ABD在端面上，平面ACE在法面S上，∠ACB=90°。在直角 △ABD、△ACEJ及△ABC中，、、 、BD=CE，所以有： 法面压力角和端面压力角的关系 4.齿顶高系数及顶隙系数：
标准直齿圆柱齿轮计算 1、m （模数）——模数与齿数为齿轮基本数据，设计时，首先依强度传动计算或测绘确定，然后计算齿轮其它各部尺寸。 =m πt =??? ??π周节=??? ??齿数节径z d ?? ? ??++222e 齿数外径D 2、z （齿数） =??? ??=模数节径m d z ??? ????周节节径ππt d 3、t （周节）——有几个齿就有几个周节，周节之和等于分度圆周长。 π=t ｍ()=?模数π?? ? ????齿数节径ππ2d 4、D 分（分度圆）——设想圆界于齿顶圆与齿根圆之间，把齿轮分为齿 顶与齿根两部分。 ()齿数模数分??=z m D 5、d （节圆、节径）——两个齿轮啮合传动时设想的圆，两圆总是相切。此时节圆正好与分度圆重合。单个齿轮无所谓节圆。 ()()模数外径齿数模数2m 2e mz d --=?=D 6、D 顶（外径、顶圆直径） ()()[]222m +?+=齿数模数顶D ()模数节径?+?+=2m 2d ()()?? ????++=22z t 齿数周节ππ
7、D 根（根径） ()模数节径根5.2m 5.2d --=D ()()[]5.25.22m -?-=齿数模数 ()齿全高外圆顶径顶2-h 2-=D ()模数外圆顶径顶5.4m 5.4--=D 8、h 顶（齿顶高） ()??? ??==ππ周节模数顶t m h 9、h 根（齿根高） ()模数根25.1m 25.1h = 10、h 全（齿全高） ()模数全25.2m 25.2h = 11、S (弧齿厚)画齿形时用到这个尺寸。 12、B (齿长) ()个周节3~23t ~t 2=B 13、A （中心距） ??? ????+=模数两轮齿数相加2m 221 Z Z A ?? ? ??+=22d d 21两轮节径相加
例题：已知小齿轮传递的额定功率P=95 KW，小斜齿轮转速n1=730 r/min,传动比i=3.11,单向运转，满载工作时间35000h。 1.确定齿轮材料，确定试验齿轮的疲劳极限应力 参考齿轮材料表，选择齿轮的材料为： 小斜齿轮：38S i M n M o,调质处理，表面硬度320～340HBS（取中间值为330HBS） 大斜齿轮：35S i M n, 调质处理, 表面硬度280～300HBS（取中间值为290HBS） 注：合金钢可提高320～340HBS 由图16.2-17和图16.2-26，按MQ级质量要求选取值，查得齿轮接触疲劳强度极限σHlim及基本值σFE： σHlim1=800Mpa, σHlim2=760Mpa σFE1=640Mpa, σFE2=600Mpa
2.按齿面接触强度初步确定中心距，并初选主要参数：按公式表查得： a≥476（u+1）√KT1 φ a σHP2u 3 1)小齿轮传递扭矩T1： T1=9550×P n1 =9549× 95 730 =1243N.m 2)载荷系数K：考虑齿轮对称轴承布置，速度较低，冲击负荷较大，取K=1.6 3)查表16.2-01齿宽系数φα：取φα=0.4
4)齿数比u=Z2/Z1=3.11 5)许用接触应力σHP：σ HP =σHlim S Hmin 查表16.2-46，取最小安全系数s Hmin=1.1，按大齿轮计算σ HP2=σHlim2 S Hmin2 =760 1.1 MPa= 691MPa 6)将以上数据代入计算中心距公式：a≥476(3.11+1)√ 1.6×1243 0.4×6912×3.11 3 =292.67mm 取圆整为标准中心距a =300mm 7）确定模数：按经验公式m n=(0.007～0.02)α=(0.007～0.02)x300mm=2.1～6mm 取标准模数m n=4mm 8）初选螺旋角β=9°，cosβ= cos9°=0.988 9）确定齿数：z1=2acosβ m n(u+1)=2×300×0.988 4×(3.11+1) =36.06 Z2=Z1i=36.03×3.11=112.15 Z1=36,Z2=112 实际传动比i实=Z2/Z1=112/36=3.111 10）求螺旋角β：
参考表8.2-90(各类钢材和热处理的特点及使用条件)、表8.2-91（调质及表面淬火齿轮用钢的选择）、表8.2-95（齿轮常用钢材的力学性能）、表8.2-96（齿轮工作齿面硬度及其组合应用举例），选择齿轮的材料为 小齿轮:40Cr，调质+高级感应加热淬火，表面硬度320-340HBW 大齿轮:40Cr，调质+高级感应加热淬火，表面硬度 由图8.2-16和图8.2-29，按.MQ级质量要求取值，查得 ζ Hlim1=1020MPa，ζ Hlim2 =1020MPa ζ FE1=800MPa，ζ FE2 =800MPa (2)按齿面接触强度初步确定中心距，并初选主要参数 按表8. 2-35 1）小齿轮传递转矩T 1： T 1=9549*P/n 1 =9549*80/730=1046N.m 2)载荷系数K:考虑齿轮对称轴承布置，速度较低，冲击负荷较大，取K=1.6 3）齿宽系数：取 4）齿数比u：赞取u=i=3.11 5）许用接触应力ζ HP 按表8.2-35, ζ HP =ζ Hlim /ζ Hmin ， 取最小安全系数S Hmin =1.1，按大齿轮计算，ζ HP2 =ζ Hlim2 /ζ Hmin =461MPa 6)将以上数据代人计算中心距的公式 a≥476*（3.11+1）*……=276.67mm 圆整为标准中心距a=300mm。 7）确定模数:按经验公式m n =（0.007~0.02）*a=2.1~6mm 取标准模数m n =4mm 8)初取螺旋角β=9°，cos9° = 0. 98800 9)确定齿数:z 1=2*a*cosβ/m n (u+1)=36.06 Z 2 =z 1 *u=112.15 取z 1=36，z 2 =112 实际传动比：i 实=z 2 /z 1 =3.111 10)精求螺旋角β:
锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关"圆柱"在锥齿轮中就变成了"圆锥"，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（＜5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90°的标准直齿锥齿轮传动。 1. 齿廓曲面的形成 直齿锥齿轮齿廓曲面的形成与圆柱齿轮类似。如下图所示，发生平面1与基锥2相切并作纯滚动，该平面上过锥顶点O的任一直线OK的轨迹即为渐开锥面。渐开锥面与以O为球心，以锥长R为半径的球面的交线AK为球面渐开线，它应是锥齿轮的大端齿廓曲线。但球面无法展开成平面，这就给锥齿轮的设计制造带来很多困难。为此产生一种代替球面渐开线的近似方法。 2. 锥齿轮大端背锥、当量齿轮及当量齿数
(1) 背锥和当量齿轮 下图为一锥齿轮的轴向半剖面，其中DOAA为分度锥的轴剖面，锥长OA称锥距，用R表示；以锥顶O为圆心，以R为半径的圆应为球面的投影。若以球面渐开线作锥齿轮的齿廓，则园弧bAc为轮齿球面大端与轴剖面的交线，该球面齿形是不能展开成平面的。为此，再过A作O1A⊥OA，交齿轮的轴线于点O1。设想以OO1为轴线，以O1A为母线作圆锥面O1AA，该圆锥称为锥齿轮的大端背锥。显然，该背锥与球面切于锥齿轮大端的分度圆。由于大端背锥母线1A与锥齿轮的分度锥母线相互垂直，将球面齿形的圆弧bAc投影到背锥上得到线段b'Ac'，圆弧bAc与线段b'Ac'非常接近，且锥距R与锥齿轮大端模数m之比值愈大（一般R/m>30），两者就更接近。这说明：可用大端背锥上的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形。由于背锥可展开成平面并得到一扇形齿轮，扇形齿轮的模数m、压力角a和齿高系数ha*等参数分别与锥齿轮大端参数相同。再将扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮，这个虚拟的圆柱齿轮称为该锥齿轮的大端当量齿轮。这样就可用大端当量齿轮的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形，即锥齿轮大端轮齿尺寸（ha、hf等）等于当量齿轮的轮齿尺寸。 (2) 基本参数 由于直齿锥齿轮大端的尺寸最大，测量方便。因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准。大端的模数m的值为标准值，按下表选取。在GB12369-90中规定了大端的压力角a=20。，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.2。 (3) 当量齿数 当量齿轮的齿数zv称为锥齿轮的当量齿数。zv与锥齿轮的齿数z的关系可由上图求出，由图可得当量齿轮的分度圆半径rv
9.9.２◆斜齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸计算◆ 斜齿轮的轮齿为螺旋形，在垂直于齿轮轴线的端面（下标以t表示）和垂直于齿廓螺旋面的法面（下标以n表示）上有不同的参数。斜齿轮的端面是标准的渐开线，但从斜齿轮的加工和受力角度看，斜齿轮的法面参数应为标准值。 1.螺旋角β 右图所示为斜齿轮分度圆柱面展开图，螺旋线展开成一直线，该直线与轴线的夹角β称为斜齿轮在分度圆柱上的螺旋角，简称斜齿轮的螺旋角。 tanβ=πd/ps 对于基圆柱同理可得其螺旋角βb 为: 所以有： ...（9-9-01） 通常用分度圆上的螺旋角β斜进行几何尺寸的计算。螺旋角β越大，轮齿就越倾斜，传动的平稳性也越好，但轴向力也越大。通常在设计时取。对于人子齿轮，其轴向力可以抵消，常取，但加工较为困难，一般用于重型机械的齿轮传动中。 齿轮按其齿廓渐开螺旋面的旋向，可分为右旋和左旋两种。如何判断左右旋呢？测试一下？ 2.模数 如图所示，pt为端面齿距，而pn为法面齿距，pn = pt·cosβ，因为p=πm, πmn＝πmt·cosβ,故斜齿轮法面模数与端面模数的关系为: mn＝mt·cosβ。 3.压力角 因斜齿圆柱齿轮和斜齿条啮合时，它们的法面压力 角和端面压力角应分别相等，所以斜齿圆柱齿轮法 面压力角αn和端面压力角αt的关系可通过斜齿条 得到。在右图所示的斜齿条中，平面ABD在端面 上，平面ACE在法面S上，∠ACB=90°。在直角 △ABD、△ACEJ及△ABC中， 、 、 、BD=CE， 所以有： ... （9-9-03） >>法面压力角和端面压力角的关系<< 4.齿顶高系数及顶隙系数： 无论从法向或从端面来看，轮齿的齿顶高都是相同的，顶隙也是相同的，即
由齿轮各部分名称的定义可以得到标准齿轮的几何尺寸计算公式，如（外齿轮）： 分度圆直径d=mz 基圆直径db=dcosα 齿顶圆直径 齿根圆直径标准齿轮的几何尺寸计算公式详见付表
圆柱齿轮根据轮齿的方向，可分为直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和人字齿圆柱齿轮。这里主要介绍直齿圆柱齿轮。 图2 齿轮工作图 在投影为非圆的外形视图中，齿根线与齿顶线在啮合区内均不画出，而节线用粗实线表示。
图3圆柱齿轮的画法 a）直齿（外形视图） b）直齿（全剖） c）斜齿（半剖） d）人字齿（局部剖）（1）直齿圆柱齿轮各部分名称 图4a为互相啮合的两齿轮的一部分；图4b为单个齿轮的投影图。 l）节圆直径d’、分度圆直径 d——连心线 O 1O 2 上两相切的圆称为节圆。 对单个齿轮而言，作为设计、制造齿轮时进行各部分尺寸计算的基准圆，也是分齿的圆，称为分度圆。标准齿轮d=d’。 图4直齿圆柱齿轮各部分名称 a）啮合图b）单个齿轮图 2）齿顶圆直径d a —通过轮齿顶部的圆，称为齿顶圆。 3）齿根圆直径d f —通过齿槽根部的圆，称为齿根圆。 4）齿顶高h a 齿根高h f 齿高h—齿顶圆与分度圆的径向距离称为齿顶高；分 度圆与齿根圆的径向距离称为齿根高；齿顶圆与齿根圆的径向距离称为齿高。其 尺寸关系为：h＝h a +h f 5）齿厚s、槽宽e、齿距p——每个轮齿在分度圆上的弧长称为齿厚；每个齿槽在分度圆上的孤长称为槽宽；相邻两齿廓对应点间在分度圆上的弧长称为齿
距。两啮合齿轮的齿距必须相等。齿距p、齿厚S、槽宽e间的尺寸关系为：p=s+e，标准齿轮的s=e。 6）模数——若以Z表示齿轮的齿数，则：分度圆周长=πd=zp，即d=zp/π。令p/π=m，则d=mz式中。称为模数。因为两齿轮的齿距p必须相等，所以它们的模数也相等。 为了齿轮设计与加工的方便，模数的数值已标准化。如表1所列。模数越大，轮齿的高度、厚度也越大，承受的载荷也越大，在相同条件下，模数越大，齿轮也越大。 表1 标准模数(GB1357—78) 注：选用模数时应选用第一系列：其次选用第二系列；括号内的模数尽可能不用。 7）压力角α——在两齿轮节圆相切点P处，两齿廓曲线的公法线（即齿廓的受力方向）与两节圆的公切线（即P点处的瞬时运动方向）所夹的锐角称为压力角，也称啮合角。对单个齿轮即为齿形角。标准齿轮的压力角一般为20”。 8）中心距a——两啮合圆柱齿轮轴线间的最短距离a=m(Z 1+Z 2 )／2。 9）传动比i——主动齿轮的转速n 1与从动齿轮的转速n 2 之比，即n 1 /n 2 。因 为n 1Z 1 =n 2 Z 2 , 故可得i=n 1/n 2 =Z 2 /Z 1 一对互相啮合的齿轮，其模数、压力角必须相等。 （2）直齿圆柱齿轮各部分的尺寸关系 齿轮的模数与各部分的尺寸都有重要关系，其计算公式见表2 表2 标准直齿圆柱齿轮尺寸计算公式
齿轮计算方式 已知中心距128,Z1=41 Z2=20 .怎么求斜齿轮法向模数、螺旋角 标准中心距 a = Mt ( Z1 + Z2 ) / 2 = Mt (41+20)/2=128，所以，齿轮端面模数Mt=4. ； 根据齿轮知识、Mt的数值，选取标准法面模数4； 法面模数Mn = Mt cosβ， 所以，cosβ = 4 / 4.； β = °=17°36′45″ 外啮合变位，已知变位系数，求中心距： 1.先算未变位时中心距a=m（z1+z2）/2 2.再求变为后的啮合角invα′=2（x1+x2）×tanα/（z1+z2）+invα 3.计算变位后的中心距a′=a×cosα/cosα′ 如果是斜齿轮，那么： a=m（z1+z2）/（2cosβ） invαt′=2（xn1+xn2）×tanαn/（z1+z2）+invαt a′=a×cosαt/cosαt′ 例： 已知中心距=450，Z1=65, Z2=33
18367347.949 450t 450 2/)6533(===+M Mt 根据齿轮知识、Mt 的数值，选取标准法面模数9。 法面模数Mn = Mt cos β ， cos β=9/9.= Β=11°28′42″ d=ZMt=ZMn/cos β=65*9/=596.=d1 d=ZMt=ZMn/cos β=33*9/==d2 例： 已知中心距=430， Z 1=100, Z 2=21 1074380165.75 .60430t 430 2/)10021(===+M Mt 根据齿轮知识、Mt 的数值，选取标准法面模数7。 法面模数Mn = Mt cos β ， cos β=7/= β=9°58′30″ d=ZMt=ZMn/cos β=100*7/==d1 d=ZMt=ZMn/cos β=21*7/==d1
附录（5） 斜齿轮齿廓上任意圆螺旋角计算公式的推导 周万峰 大家知道，所谓斜齿轮的螺旋角是指斜齿轮分度圆上的螺旋角。而分度圆以上圆的螺旋角都大于分度圆螺旋角，分度圆以下圆的螺旋角都小于分度圆螺旋角。那么不在分度圆上的螺旋角怎样计算呢?也就是说，斜齿轮齿廓上任意圆的螺旋角的计算方法是怎样的呢？它的计算公式是这样的： ββtg d d tg k k = （1） k β——斜齿轮齿廓上任意圆的螺旋角； k d ——斜齿轮齿廓上任意圆直径； d ——斜齿轮分度圆直径； β——斜齿轮分度圆螺旋角。 教材、手册上从未见过这个公式，而且一般也极少计算这个k β的值。不过有时为了验算变位斜齿轮的齿宽能否进行公法线长度的测量还必须计算这个值，即用公式（1）计算。那么公式（1）是怎么来的呢? 笔者认为它应该是这样推导出来的：众所周知，斜齿轮的螺旋角是这样形成的：即圆柱体绕自己的轴线作等速转动，圆柱面上有一动点沿素线作等速直线运动，此动点的轨迹就是圆柱面上的螺旋线。将圆柱面展开，则螺旋线展成一条斜直线，如图1所示。圆柱转动一圈，动点沿素线移动的距离叫做导程，用T 表示。圆柱展开面上的斜直线1AA (或21A A )与轴线或母线（圆柱面上平行轴线的线）的夹角叫做螺旋角，用β表示。 图 1 显然由图1知， T R tg 2πβ= （2）
由公式（2）知，当导程T 一定时，圆柱半径R 越大，则螺旋角β越大；当圆柱体半径R 一定时，导程T 越大，则螺旋角越小。 图2 是斜齿轮齿顶圆展开图，a β是齿顶圆螺旋角。图3是斜齿轮分度圆展开图，β是分度圆螺旋角。对同一个斜齿轮而言，分度圆上的导程，齿顶圆上的导程以及齿面上各点的导程都是相同的；但分度圆直径小于齿顶圆直径，故齿顶圆螺旋角大于分度圆螺旋角。所以，齿顶圆螺旋角的计算公式为T D tg a πβ=,而分度圆螺旋角计算公式为, d tg πβ=所以βπtg d =T ，将T 代入齿顶圆螺旋角计算式，则 ββtg d D tg a = （3） 这就是齿顶圆螺旋角的计算公式。如将公式（3）中的D 换成k d ，将a β换成k β则公式（3）就成为了公式（1）。这就是斜齿轮齿廓上任意圆螺旋角的计算公式。总之，只要将k d 换成齿廓上哪个圆的直径，则k β即为哪个圆上的螺旋角。比如计算基圆螺旋角，则将k d 换成b d （b d 为基圆直径）。如将k d 换成分度圆d ，则ββ=k 。如此而已。 图2 图3 最后要说明的是：之所以将该公式推导出来，是因为笔者在《变位斜齿轮满足公法线长度测量的有效齿宽的正确计算》一文中使用了该公式；由于该公式在教材、手册上又从未见过，而且它使用的机会又极少，人们对它比较生疏，故在此将它推导出来（显然，第一个推导出该公式的肯定不是笔者，但人家是怎么推导的，不得而知）。仅此而已。
直齿锥齿轮传动设计 锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关"圆柱"在锥齿轮中就变成了"圆锥"，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（＜5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90°的标准直齿锥齿轮传动。 1. 齿廓曲面的形成 直齿锥齿轮齿廓曲面的形成与圆柱齿轮类似。如下图所示，发生平面1与基锥2相切并作纯滚动，该平面上过锥顶点O的任一直线OK的轨迹即为渐开锥面。渐开锥面与以O为球心，以锥长R为半径的球面的交线AK为球面渐开线，它应是锥齿轮的大端齿廓曲线。但球面无法展开成平面，这就给锥齿轮的设计制造带来很多困难。为此产生一种代替球面渐开线的近似方法。
2. 锥齿轮大端背锥、当量齿轮及当量齿数 (1) 背锥和当量齿轮 下图为一锥齿轮的轴向半剖面，其中DOAA为分度锥的轴剖面，锥长OA称锥距，用R表示；以锥顶O为圆心，以R为半径的圆应为球面的投影。若以球面渐开线作锥齿轮的齿廓，则园弧bAc为轮齿球面大端与轴剖面的交线，该球面齿形是不能展开成平面的。为此，再过A作O1A⊥OA，交齿轮的轴线于点O1。设想以OO1为轴线，以O1A为母线作圆锥面O1AA，该圆锥称为锥齿轮的大端背锥。显然，该背锥与球面切于锥齿轮大端的分度圆。由于大端背锥母线1A与锥齿轮的分度锥母线相互垂直，将球面齿形的圆弧bAc投影到背锥上得到线段b'Ac'，圆弧bAc与线段b'Ac'非常接近，且锥距R与锥齿轮大端模数m之比值愈大（一般R/m>30），两者就更接近。这说明：可用大端背锥上的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形。由于背锥可展开成平面并得到一扇形齿轮，扇形齿轮的模数m、压力角a和齿高系数ha*等参数分别与锥齿轮大端参数相同。再将扇形齿轮补足成完整的直齿圆柱齿轮，这个虚拟的圆柱齿轮称为该锥齿轮的大端当量齿轮。这样就可用大端当量齿轮的齿形近似地作为锥齿轮的大端齿形，即锥齿轮大端轮齿尺寸（ha、hf等）等于当量齿轮的轮齿尺寸。