金属直齿轮设计中如何选择模数？

齿轮模数对传动精度（输出扭矩曲线）的影响几乎是第一位的，一定范围内，模数越小、传动精度越高，模数越大、齿轮强度越高。以下为金属直齿轮模数选择相关说明，供参考了解。

精密齿轮传动设计很繁琐，多数情况下，选符合强度要求的最小的模数即可。

金属齿轮的设计和塑料齿轮的非常不一样，不同材质（模量、屈服极限），输出扭矩曲线的区别很大，但（齿面/齿根）受力规律的区别很小，模数一般只影响齿根受力、不影响齿面受力。

1、模数对传动精度的影响（无摩擦）

需要考虑扭矩的波动率，而不是平均扭矩，因为精密传动更关注输出扭矩的波动范围，需对不同模数输出扭矩波动范围进行分析计算，得到传动精度最高的模数。

2、摩擦力对传动精度的影响

考虑摩擦系数为0.1，需计算不同模数摩擦力导致的扭矩波动等。同样，考虑扭矩损耗的波动率，而不是平均（或者中位数）扭矩损耗，因为精密传动更关注输出扭矩的波动范围，则可得到最合适的齿轮模数。

模数越小，因摩擦力导致的，扭矩损耗的波动率越小。若想将扭矩波动控制在一定范围，模数最大选取会有所差异。

3、模数对传动精度的影响（有摩擦）

若同时考虑1中齿形和材料模量、2中摩擦力的影响，即可得到最终的输出扭矩曲线（假设没有制造误差）。

4、至高传动精度

0.5%扭矩波动率并不是齿轮设计能达到的最高传动精度，还有很多能提高设计精度的方法，例如修形、变位、非标齿形轮廓（ISO53:1998）轮廓A虽然是最常见、最通用的，但还可以自行设计轮廓、构建渐开线）。

此外，加工误差对传动精度的影响，是可以被定量分析的。

5、模数对齿面/齿根强度的影响

一般来说，模数越大，齿根强度越高、齿面强度越低（但是降低的幅度很小），反之亦然，齿轮设计往往只需要考虑模数对齿根强度的影响，设计完成后校验一下齿面强度即可。

齿面/齿根安全系数考虑了输入扭矩非恒定、有正态分布的特性，因此比较符合内燃机作为输入端、不太适用于电机作为输入端的情况。

齿面/齿根安全系数，和（通过有限元分析计算的）齿面/齿根应力，结论略有不同。按照齿面/齿根安全系数计算出的齿厚，往往是依靠齿面/齿根应力计算的齿厚的2倍以上，如果输入端是电机，不建议遵循安全系数。

此外，齿厚对齿面/齿根强度往往是非线性关系。

以上说明仅供参考了解，相关技术问题最好直接向一同厂家技术人员寻求帮助。