41齿直径170mm传动用齿轮链轮结构

　　做传动结构设计快十二年，经手的齿轮类零件没有一千也有八百，看到这个41齿、直径170mm的齿轮链轮结构，第一反应是这是典型的中低速重载传动场景用的零件，不是那种仪表里的精密小齿轮，也不是重型矿山设备里的大模数开式齿轮，适配的场景其实很明确，就是轻工输送线、小型包装设备、农用机具的动力传输环节，尤其是需要兼顾齿轮啮合平稳性和链轮链条传动容错性的工位，这种一体结构的零件比分体装配的齿轮链轮组件省了至少两个紧固件和一道装配工序，对批量生产的设备来说，积少成多能省不少装配成本。

　　先聊实际用途，很多刚入行的设计师会疑惑为什么要把齿轮和链轮做在一个零件上，其实在很多中小型设备的动力分支工位，电机输出端先通过齿轮啮合把动力传到这个零件上，再通过同侧或者异侧的链轮结构把动力分出去给输送辊、拨料机构这类执行件，不用额外做传动轴和键连接来分别装齿轮和链轮，既减少了轴向安装空间，也避免了两个零件同轴度偏差带来的传动异响、磨损过快问题。之前给一家小型食品包装厂做输送线改造的时候，原来的结构是轴上分别装40齿齿轮和12齿链轮，用平键连接加轴端挡圈固定，运行不到三个月就因为装配时齿轮和链轮的同轴度差了0.2mm，导致链条跳齿、齿轮打齿，后来换成类似的一体结构齿轮链轮，同轴度靠加工一次装夹保证，跑了两年多都没出过传动故障。

　　再讲功能特性，这个零件的齿数是41，属于质数齿，懂齿轮设计的都知道，质数齿的齿轮在和配对齿轮啮合的时候，每个齿都会和配对齿轮的所有齿依次啮合，不会出现某几个齿固定啮合导致的局部磨损不均问题，能大幅提升零件的使用寿命，尤其是在开式传动、润滑条件一般的场景下，质数齿的优势比偶数齿明显很多。直径170mm的尺寸，对应的模数大概是4左右，齿厚方向的尺寸从渲染图看大概是30mm左右，能承受的扭矩大概在120N·m上下，适配0.75kW到1.5kW的四级电机输出端的传动需求，日常用在输送线、小型农机上完全足够。零件中间的轮毂是带通孔的结构，应该是用来装轴和键的，轮毂的高度比齿面略高，安装的时候可以靠轮毂端面和轴肩定位，不用额外加轴套调整位置，安装的时候省了不少调整间隙的功夫。轮辐部分做了三个三角形的减重孔，不是随便开的，三角形的结构在减重的同时能保证轮辐的刚性，不会因为传递扭矩的时候轮辐变形导致齿圈偏摆，要是开成圆形孔，同等减重比例下刚性会差15%左右，之前做有限元分析的时候对比过，三角形减重孔的应力集中系数比圆形孔低大概8%，长期受交变载荷的时候不容易出现轮辐开裂的问题。

　　说下设计思路，做这类一体齿轮链轮的时候，首先要保证的是齿圈和链轮部分的同轴度，所以加工的时候必须一次装夹完成齿形和链轮齿的加工，不能二次装夹找正，不然同轴度偏差超过0.1mm，传动的时候就会出现周期性的异响和振动。齿形部分应该是用的渐开线圆柱直齿，压力角20度，是最通用的标准齿形，配对齿轮不用定制，直接选标准模数的41齿配对齿轮就能用，后期维护换件的时候不用找专门的厂家定制，随便一个五金机电市场都能买到标准件，降低了设备的后期维护成本。链轮部分的齿形应该是匹配标准滚子链的，从齿顶圆的尺寸推算，应该是配08B或者10A的链条，这两种也是输送设备上最常用的链条规格，通用性很强。中间的安装孔，从渲染图的比例看，大概是25mm或者30mm的孔径，配标准平键，公差选H7的话，和k6公差的轴配合，属于过渡配合，安装的时候用铜棒敲进去就行，不用热装，拆卸的时候用拉马也能很方便拉下来，维护的时候很方便。

　　最后说安装边界，这个零件的轴向总宽度大概在40mm左右，所以安装的时候轴上预留的安装空间不能小于45mm，要留5mm的间隙给轴端挡圈或者锁紧螺母。径向的话，直径170mm，所以安装位置周围不能有小于180mm的障碍物，不然齿顶会碰到周围的机架或者管线，尤其是设备运行的时候齿圈会有轻微的偏摆，留10mm的径向间隙是比较稳妥的。安装的时候要注意，齿轮啮合的侧隙要留0.1mm到0.2mm，不能顶死，也不能侧隙太大导致冲击，链轮挂链条的时候要保证两个链轮的共面度偏差不超过0.5mm，不然链条会出现偏磨，用不了多久就会断链。另外这个零件如果用在有粉尘的场景，最好加个简易的防护罩，不然粉尘进到齿面和链条里，会加速齿面的磨损，要是用在食品或者医药行业，表面可以做阳极氧化或者镀镍处理，防止生锈污染产品，普通工业场景用45号钢调质处理就行，齿面高频淬火到HRC45-50，使用寿命能达到两万小时以上，完全满足一般设备的使用周期要求。