齿轮传动作为机械系统中传递动力与运动的核心机构，具有传动比准确、效率高、承载能力强的优势，广泛应用于机床、汽车、工程机械等领域。齿轮传动方案的优化设计需从传动参数、结构形式、强度校核三个维度展开，以满足设备的性能需求与使用寿命要求。
传动参数的优化是齿轮设计的基础，主要包括模数、齿数、压力角与传动比的确定。模数直接决定齿轮的承载能力，模数越大，齿厚越大，承载能力越强，但齿轮尺寸也会相应增大，需根据传递功率与空间尺寸合理选择，例如传递 10kW 功率的减速器齿轮，模数通常取 2-4mm。齿数选择需兼顾传动平稳性与避免根切，标准齿轮不发生根切的最小齿数为 17，当齿数少于 17 时，需采用变位齿轮设计；压力角通常选择 20°，可在传动平稳性与承载能力间取得平衡，特殊场景下也可选用 15° 或 25° 压力角的齿轮。传动比分配需遵循等强度原则，多级齿轮传动中，各级传动比应尽量接近，以确保各级齿轮的承载负荷均匀，减少局部磨损过快的问题。
结构形式设计需结合安装空间与维护需求，平行轴圆柱齿轮传动结构简单、安装方便，适合空间充裕的场景；锥齿轮传动可实现相交轴间的动力传递，常用于汽车差速器、机床分度机构；蜗杆蜗轮传动则具有大传动比、自锁性的特点，适合卷扬机、电梯等需要低速大扭矩的设备。强度校核是确保齿轮安全运行的关键，需进行接触强度与弯曲强度校核：接触强度主要校核齿面接触应力，避免齿面出现点蚀失效；弯曲强度主要校核齿根弯曲应力，防止齿根折断。通过有限元分析软件对齿轮进行应力仿真，可更精准地发现应力集中区域，进一步优化齿轮结构，如在齿根处增加过渡圆角，减少应力集中，提升齿轮的使用寿命。
