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齒輪箱設計與檢測(上)
指導老師:林宗賢
班級:夜四技自控四甲
學生:謝政倫99512041
前
言
齒輪箱結構的簡化增加傳遞效率及降低製造
成本，選擇適當的軸承及排列方式可確保運
轉精度及使用壽命，優化的齒輪參數減低齒
輪嚙合的動力損失，正確的齒輪修形方式減
低受載變形及製造誤差產生的嚙合衝擊，建
立一套能達到高效率、低噪音、體積小、質
量輕、製造方便及成本較低的齒輪箱設計標
準流程。
齒輪箱設計流程
齒輪箱總體設計
齒輪箱的配置種類很多，不同使用場所，
齒輪箱配置型式及結構也不同，
設計上依照齒輪箱減速比的要求，
訂定減速級數、減速比及齒輪傳動型式 。
► 齒輪箱之速比與級數於不同的應用場所有其建議
及規範，以風力發電齒輪箱而言：
三級圓柱型齒輪傳動推薦傳動速比為40至400之
間；
一級行星齒輪與二級圓柱型齒輪傳動推薦傳動速
比為20至80之間；
二級行星齒輪與一級圓柱型齒輪傳動推薦傳動速
比為60至400之間 ，
但需要注意級數越多相對的動力損失也就越大。
► 齒輪傳動型式以圓柱齒輪傳動、行星齒輪傳動
或是混合兩者的傳動方式最常見
軸承選擇與配置
軸承主要用於固定旋轉軸的位置
一般會根據旋轉軸的精度要求與運用場所來
選擇軸承等級與安裝方式、排列方式
選擇時需要特別考慮軸承負載情況、熱膨脹
及間隙調整等問題。
► 如圖3所示，圓錐滾柱直
徑小及寬度大，能承受較
高的負載，且錐體、外圈
與滾子的幾何特性，能使
滾子自動對心，保證旋轉
軸的運轉精度及使用壽命，
加上圓錐滾柱軸承接觸線
長及選用合適的錐角，不
僅能提升軸與齒輪的剛性，
還能降低齒輪噪音。
► 齒輪於嚙合時會產生軸向負載，
有螺旋角的齒輪，必須安裝成對的斜角接觸齒輪或
圓錐滾子軸承 。
► 安裝的方式可分為
O型排列與X型排列如圖4及圖5所示
齒輪設計
齒輪幾何主要由五個基本參數決定：
模數、齒數、壓力角、螺旋角及轉位係數
進而分析嚙合情況，及根據使用狀況
與齒輪材質計算出齒輪強度
齒輪設計第一步為進行齒輪參數優化
齒輪參數經過優化過後，
可以大大降低動力損失，
且其各項強度不低於未優化前，
甚至高於未優化前的設計，
結果如表1所示。
最後並且整理出下列參數優化的方向：
► 1.
模數降低會減少齒根強度。
► 2. 接觸率降低會減少齒面接觸強度。
► 3. 齒根導角儘可能增大。
► 4. 增加面寬及壓力角。
► 5. 增加螺旋角以達到足夠的縱向接觸率。
► 6. 高滑動速度時齒面需要修形，
能使齒輪負載變化較為平緩。
齒輪修形
► 齒輪彈性變形修形：
由傳遞動力時，所有受力零件皆會產生彈性變形，
如齒輪、箱體及軸承。
利用齒輪修形技術，
可減少受載變形及製造誤差產生的嚙合衝擊，
改善齒面潤滑情況及得到較均勻的負載，
大大提升齒輪性能及壽命 。
► 齒廓彈性修形：
修形方法的考量上需考慮運用狀況
現有的齒廓修形可下列分為三種：
1.小輪齒頂修形、
2.大小齒輪齒頂修形
3.小齒輪齒頂及齒根皆修形
1.小輪齒頂修形法
此修形方式僅對小輪齒頂修薄，
大輪齒頂僅作導角不修薄，
如圖7所示，此種方式加工較簡單，
適用於齒輪切線速度小於100m/s的情況，
其修形量與齒輪大小相關，
其修形建議值量如表2所示。
2. 大、小齒輪齒頂修形法
此種修形方式大、小輪齒頂均修薄，
如圖8所示，適用於齒輪切線速度大於
100m/s及功率大於2000kW的情況，
其修形量與齒輪大小相關，
其修形建議值量如表3所示。
3. 小齒輪齒頂及齒根修形法
此修形方式僅對小輪齒頂及齒根修形，
大輪不修形，如圖9所示，
適用於各種使用狀況，
其修形建議值量如表4所示。
參考資料
► 1.
Bernd-Robert Honh, Klaus Michaelis andAlber
Wimmer,“Low Loss Gears,”Gear Techology, June
2007.
► 2. 張永源、曾瑞堂，「風力發電機增速齒輪箱之設
計與認證」，機械工業雜誌，2006年5月。
► 3. 朱孝祿主編，「齒輪傳動設計手冊」，化學工業
出版社，2005年1月。
► 4. Klingelnberg, Application Manager andPreset
Program Handbook.