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齿轮是应用最广的机械传动件，作用是传递运动和动力、改变转速和方向。常见类型：
| 类型 | 特点 | 适用 |
|---|---|---|
| 直齿圆柱齿轮 | 结构简单、易加工，传动有冲击噪声 | 中低速、平行轴 |
| 斜齿圆柱齿轮 | 啮合平稳、承载大，但有轴向力 | 中高速、平行轴 |
| 锥齿轮 | 传递相交轴运动 | 两轴成角度（常为 90°） |
| 蜗杆蜗轮 | 传动比大、可自锁，效率低易发热 | 大减速比、交错轴 |
齿轮设计的核心问题是两件事：配对的几何对不对（能不能正确啮合），牙齿扛不扛得住（强度和寿命够不够）。
直齿轮的全部几何由三个参数决定：
由这三个参数派生的关键尺寸：
正确啮合条件：一对齿轮的模数和压力角必须分别相等——这是配对设计的铁律。
已知：传递功率 P、转速 n、传动比 i、工况与寿命要求
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选材料与热处理方式 → 查许用应力
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选小齿轮齿数 z₁（常取 20～30）→ z₂ = i·z₁
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按齿面接触强度（闭式软齿面）或齿根弯曲强度（硬齿面/开式）
初算模数 m → 圆整到标准模数
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算几何尺寸：分度圆、齿顶圆、中心距、齿宽 b
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校核另一种强度（接触、弯曲都要过）
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定精度等级、结构形式（齿轮轴/腹板式/轮辐式）经验规则：软齿面（≤350 HBW）先按接触强度设计，硬齿面和开式传动先按弯曲强度设计。
防止齿面点蚀（疲劳剥落）——闭式齿轮最常见的失效。 - 与齿面硬度强相关：提高硬度是最有效的手段。 - 增大中心距、加大齿宽也能降低接触应力。
防止齿根疲劳折断——硬齿面和受冲击时的主要危险。 - 与模数强相关：牙齿”变粗”最直接。 - 齿根过渡圆角要饱满，粗糙度要低。
其他失效形式（胶合、磨损、塑性变形）在常规设计中通过选油、润滑和硬度匹配规避，不必单独计算。
| 方案 | 典型材料 | 特点 | 适用 |
|---|---|---|---|
| 调质（软齿面） | 45 钢、40Cr | 加工性好、成本低 | 一般中低速传动 |
| 表面淬火 | 45、40Cr | 齿面硬芯部韧 | 中等载荷 |
| 渗碳淬火 | 20CrMnTi | 硬齿面、承载大 | 高速重载 |
| 氮化 | 38CrMoAl | 变形小、耐磨 | 精密、不宜磨齿场合 |
配对原则：小齿轮硬度要比大齿轮高 30～50 HBW——小轮转得快、啮合次数多，容易先坏。
| 错误做法 | 后果 | 正确做法 |
|---|---|---|
| 模数取非标准值 | 无法配标准刀具、无法互换 | 模数必须圆整到标准系列 |
| 大小齿轮同材料同硬度 | 小齿轮先点蚀报废 | 小齿轮硬度高 30～50 HBW |
| 齿数取太少（<17） | 根切、强度骤降 | z ≥ 17 或采用变位 |
| 齿宽盲目加大 | 偏载严重、齿端先坏 | 按齿宽系数取，保证轴系刚度 |
| 只校接触不校弯曲（或反之） | 另一种失效被漏掉 | 两种强度都要校核 |
| 忽略工况系数 | 冲击载荷下早期失效 | 按原动机/工作机类型乘工况系数 |
| 硬齿面软设计（按软齿面流程） | 弯曲强度不足断齿 | 硬齿面先按弯曲强度设计 |
齿轮设计入门抓住四步：定参数（m、z、α，模数取标准）、算几何（分度圆、中心距）、校强度（接触防点蚀、弯曲防断齿，两种都校）、配材料（小齿轮更硬）。记住”软齿面看接触、硬齿面看弯曲、小齿轮先坏”三句口诀，常规减速器齿轮就能动手设计了。
本文为入门性介绍，接触/弯曲强度的具体计算公式与系数请查《机械设计手册》或 GB/T 3480 标准；重要传动建议按标准完整校核。