内啮合多齿接触齿轮设计与加工技术分析

作者简介：薛振威（1982.12—），男，民族：汉，山东省海阳市，本科，中级工程师，研究方向：机械设计及自动化

摘要：齿轮是各类机械设备机械传动的核心，不同类型的齿轮，可以满足不同机械设备使用需求，内啮合多齿接触齿轮具有诸多的性能优势，可以满足多行业使用需求，通过进一步优化设计，可以进一步提高传统效率，更好满足加工需求。基于此，本文简述了内啮合多齿接触齿轮的特点，探讨了内啮合多齿接触齿轮的设计方法，研究了内啮合多齿接触齿轮的加工技术。

关键词：内啮合多齿接触齿轮；齿形设计；切削加工；加工技术

引言：现代科学技术飞速发展，在机械制造、机械加工等领域，对机械设备的传动性能提出了更高的要求，齿轮作为机械传动的关键部件，其体积、承载能力等性能与生产效率密切相关。为此，本文有必要就内啮合多齿接触齿轮设计与加工技术进行深入的分析和研究。

1 关于内啮合多齿接触齿轮的特点分析

1.1 多齿承载

与传统齿轮相比，内啮合多齿接触齿轮有多齿承载特点，可以降低齿面的压力，从而规避齿面磨损问题。内啮合多齿接触齿轮每个齿都可以分担一定的压力，因此，内啮合多齿接触齿轮比传统齿轮的载荷更低，可以最大程度上提高齿轮的承载能力，适用于有高传动需求的场景。

1.2 传动效率高

内啮合多齿接触齿轮载荷分布均匀，能够规避疲劳问题，还能减少摩擦损失，传动效率比单齿齿轮更高。在多齿共同参与下，削减了高盈利，降低了能量损失。因此，内啮合多齿接触齿轮比传统齿轮的传动效率更高，能够促使能源的最大化利用。

1.3 噪声低

内啮合多齿接触齿轮有很好的稳定性，在机械传动过程中，噪声较小，振动分贝在标准范围内，符合医疗、航天等领域使用需求。由于内啮合多齿接触齿轮噪音小，因此满足多场景的使用需求，可以最大程度上提高设备使用可靠性。

1.4 结构紧凑

内啮合多齿接触齿轮体积小，能够在有限空间内进行传动作业。将内啮合多齿接触齿轮应用在汽车发动机传动系统中，能够缩小变速器的体积，还能为汽车提供动力，经济成本也更可控。

2 内啮合多齿接触齿轮的设计方法

2.1 齿形设计

通过优化设计内啮合多齿接触齿轮的齿形，能够进一步提高内啮合多齿接触齿轮的传动性能，更好满足机械设备使用需求。若是设计渐开线齿形，可以提升加工工艺性能，此种齿形较为常见，应用广泛。在具体进行齿形设计过程中，依据内啮合多齿接触齿轮的模数、压力角等相关的参数计算渐开线方程，绘制齿形曲线图，确保设计合理。实际应用渐开线齿形的齿轮发现，此种形状的齿轮，传统性能满意，在传动过程中，稳定性也更高。

摆线齿形也是内啮合多齿接触齿轮常见齿形，通过摆线齿形设计，能够进一步促进多齿接触，传动效果更显著。通过调整摆线的圆半径等参数，能够设计出形状迥异的齿形[1]。实际应用摆线齿形的齿轮发现，此种齿轮具有较高的重合度，实现了多齿参与啮合目标，降低了齿面磨损程度，切实延长了内啮合多齿接触齿轮的使用期限。

圆弧齿形也是常见的内啮合多齿接触齿轮齿形，此种形状的齿轮，具有很好的润滑性能，还能增强多齿之间的接触强度，传动效率有保障。在实际应用此种齿形的齿轮发现，各齿之间的应力能够均匀的分布，接触强度有保证，在很好的润滑效果下，降低了磨损程度，齿轮的使用寿命也更长。

2.2 参数优化

在内啮合多齿接触齿轮设计方面，涉及到诸多的参数信息，通过优化设计参数，能够提高设计可行性，确保最大程度上提高内啮合多齿接触齿轮的传统效率。在参数优化方面，应用了遗传算法，通过模拟，优化内啮合多齿接触齿轮的参数。应用遗传算法，能够对比出最佳的参数，实现对内啮合多齿接触齿轮齿数、压力角等参数的优化，为内啮合多齿接触齿轮深化设计提供了依据和支持，有助于提高内啮合多齿接触齿轮的传动效率。

在内啮合多齿接触齿轮设计中，还应用到粒子群算法，此种算法，通过模拟更新粒子速度或是位置，可以给出最佳的参数方案。此种算法方便运算，运算效率高，能够在短时间内优化内啮合多齿接触齿轮的螺旋角、齿宽等参数信息，为内啮合多齿接触齿轮传动性能优化提供了依据。

2.3 强度计算

啮合多齿接触齿轮设计中，涉及到强度计算环节，目的是提高内啮合多齿接触齿轮实际应用可行性。赫兹接触强度计算是常见的强度计算形式，依据齿轮的材料、硬度等参数信息，可以准确计算出内啮合多齿接触齿轮接触应力，能够精准评估和判断内啮合多齿接触齿轮的基础强度。弯曲强度计算也是常用的强度计算方法，依据内啮合多齿接触齿轮弯曲应力，可以判断齿轮的弯曲强度，从而进行弯曲强度调整，避免发生疲劳问题，降低齿轮断裂风险。通常情况下，内啮合多齿接触齿轮的齿数越多，齿根处的弯曲应力相对越小；反之，则齿根处的弯曲应力相越大。

3 内啮合多齿接触齿轮的加工技术研究

3.1 切削加工

内啮合多齿接触齿轮加工技术形式很多，切削加工很常见，滚齿则是基于滚刀与齿轮坯的相对运动原理下进行加工的。滚齿齿轮加工，可以在滚刀和齿轮坯相对运动状态下，加工出渐开线齿形。实际应用滚齿齿轮加工方法发现，此种加工技术能够提高加工效率，还能保证加工精度，合格率更高，能够满足大批量生产需求。并且，滚齿机自动化程度高，支持连续加工作业，生产效率有保障。在加工精度方面，也有显著的优势，虽然成本相对较高，但是有加工精度优势。插齿也是内啮合多齿接触齿轮常见的切削加工技术之一，在插齿刀与齿轮坯相对运动原理下，可以加工出相应的齿形。切削加工过程中，在插齿刀和齿轮坯共同作用下，能够满足特殊齿轮的加工需求，有很高的加工精度，是加工高精度齿轮的理想方法[2]。但是此种切削加工技术的加工效率相对较低，成本较高。剃齿用于内啮合多齿接触齿轮加工中，可以提升齿轮表面加工精度，在微量切削作用下，还能提高齿轮表面质量。实际应用剃齿加工技术发现，在剃齿刀与齿轮相互作用下，能够产生微量切削效应，齿轮表面更加平整和光滑，质量更高，并且，此种切削加工技术还能大大降低齿轮的噪声，有效提升了内啮合多齿接触齿轮整体性能。

3.2 电火花加工

电火花加工属于特种加工方式，在内啮合多齿接触齿轮加工中，主要是利用电火花放电产生的高温来达到材料加工目的的。应用电火花加工技术过程中，产生的电火花，可以有效溶解材料，降低了零部件的加工难度，还能满足不同齿形的内啮合多齿接触齿轮加工需求，也能够保证加工精度。

3.3 激光加工

激光加工也是内啮合多齿接触齿轮常见的加工技术方法，技术原理是，在激光束高能量作用下，达到融化材料的目的。此种加工技术，可以提高加工效率，虽然成本也较高，但是与其他加工技术相比，具有无接触加工特点，适用于有高精度加工需求的场景使用。

3.4 电解加工

电解加工在内啮合多齿接触齿轮加工中也很常用，其原理是，在电解作用下实现对材料的溶解加工，通电后，电解液可以快速溶解材料，加工速度快，加工后的工件质量更高，工件表面质量有保证。

结论：综上所述，内啮合多齿接触齿轮设计，可以优化齿形设计、能够提升齿轮性能，传统功能也能显著提升。通过分析内啮合多齿接触齿轮加工技术，为技术升级和优化提供依据，未来，内啮合多齿接触齿轮加工技术也将进一步提升。

参考文献：

[1]唐沛，王乐，贾爽，等.内啮合多齿接触齿轮设计与加工技术研究[J].车辆与动力技术，2024，（04）：46-51.

[2]邓自立.2K-V型少齿差变齿厚传动修形啮合特性分析[D].重庆大学，2023.