A method for designing a large tooth width face gear transmission

ZHOU Zhenyu; ZHOU Yuansheng; WANG Shenghui; TANG Jinyuan

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A method for designing a large tooth width face gear transmission

更新时间：2025-10-19

- A method for designing a large tooth width face gear transmission
- Journal of Mechanical Transmission Pages: 1-9(2025)
- 作者机构：
  
  1.中国航发湖南动力机械研究所，株洲 412002
  2.中南大学机电工程学院，长沙 410083
  3.中南大学极端服役性能精准制造国家重点实验室，长沙 410083
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： TH132.41
- Received：21 September 2025，
  
  Revised：2025-10-13，
  
  Published Online：19 October 2025，
- 稿件说明：
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周镇宇，周元生，王圣晖，等.一种大齿宽面齿轮传动设计方法［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-9.

ZHOU Zhenyu，ZHOU Yuansheng，WANG Shenghui，et al.A method for designing a large tooth width face gear transmission［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-9.
周镇宇，周元生，王圣晖，等.一种大齿宽面齿轮传动设计方法［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-9. DOI：

ZHOU Zhenyu，ZHOU Yuansheng，WANG Shenghui，et al.A method for designing a large tooth width face gear transmission［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-9. DOI：

摘要

目的

常规面齿轮存在内径根切与外径齿顶变尖现象，使得面齿轮齿宽受到限制，影响其承载能力的提升。提出了一种大齿宽面齿轮传动设计方法，其主要思路是突破内径根切限制，扩展内径处的工作齿面，从而提升面齿轮的承载能力。

方法

首先，分析大齿宽面齿轮的展成原理并推导齿面方程，在此基础上，提出大齿宽面齿轮规则齿面点的求解方法；其次，对内径扩展的工作齿面面积进行计算，并分析设计参数对扩展工作齿面面积的影响规律；最后，对常规面齿轮与大齿宽面齿轮分别进行无负载与加载接触分析，从接触应力、弯曲应力和传动误差3个方面进行分析结果的对比。

结果

仿真结果表明，大齿宽面齿轮相比常规面齿轮具有更小接触应力、弯曲应力以及传动误差，证明了大齿宽面齿轮传动方案更具优势。

Abstract

Objective

Due to the phenomenon of undercutting at inner diameter and tipping at outer diameter in conventional face gears

the tooth width of face gears is limited

further affecting the improvement of their load-bearing capacity. To this end

a large tooth width face gear transmission design was proposed

which mainly breaks through the restriction of undercutting at inner diameter

expands the working tooth surface at the inner diameter

and thus improves the load-bearing capacity of the face gear.

Methods

Firstly

the enveloping principle of large tooth width face gears was analyzed and the tooth surface equation was derived. Based on this

a solution method for the regular tooth surface points of large tooth width face gears was proposed; Then

the expanded working tooth surface area at the inner diameter was calculated

and the influence of design parameters on the expanded working tooth surface area was analyzed; Finally

no-load and loaded tooth contact analysis were conducted on conventional face gears and large tooth width face gears

and the results were compared from three aspects: contact stress

bending stress

and transmission error.

Results

The simulation results show that the large tooth width face gears have smaller contact stress

bending stress

and transmission error compared to conventional face gears

proving that the transmission scheme of large tooth width face gears is more advantageous.

关键词

Keywords

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