課程設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1、3.2高速級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)3.2.1傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)要求1) 齒輪材料：軟齒面齒輪傳動(dòng)小齒輪：45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為240HBS；大齒輪：45號(hào)鋼，正火處理，齒面硬度為200HBS。2) 軸向力指向軸的非伸出端；3) 每年300日，每班8小時(shí)，兩班制4) 齒寬系數(shù)=0.81.0；5) 螺旋角=8°20°；6) 中心距取整，分度圓直徑精確計(jì)算(保留小數(shù)點(diǎn)后兩位)。3.2.2選擇齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)及齒數(shù)1) 參考表10.6，取通用減速器精度等級(jí)為7級(jí)精度2) 取小齒輪齒數(shù)為z1=24，齒數(shù)比u=4.785，即大齒輪齒數(shù)z2=uz1=4.785*24=114.84,取z2=

2、115；3) 選擇斜齒圓柱齒輪，取壓力角=20°；4) 初選螺旋角=14°.3.2.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1. 計(jì)算小齒輪的分度圓直徑，即d1T32KHtT1du+1uZHZEZZH21) 確定公式中的各參數(shù)值a) 試選載荷系數(shù)KHt=1.3b) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1=9.55*106Pn1=9.55*106*4.496/1450(Nmm)=2.96*104Nmmc) 取齒寬系數(shù)d=1.0d) 由圖10.20查得區(qū)域系數(shù)ZH=2.433；e) 由表10.5查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12f) 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Zt=arctan(tann/t

3、an)=arctan(tan20°/tan14°)=20.562°at1=arccosz1cost/(z1+2han*cos)=arccos24*cos20.562°/(24+2*1*cos14°)=29.974°at2=arccosz2cost/(z2+2han*cos)= 22.963°=z1tanat1-tant'+z2(tanat2-tant'/2 =24*(tan29.974°-tan22.963°)+115*(tan22.963°-tan20.562°)/2

4、 =1.474=dz1tan/=1*24*tan14°/=1.905Z=4-31-+=4-1.4743*1-1.905+1.9051.474=0.728g) 螺旋角系數(shù)Z=cos14°=0.985h) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力H由圖10.25c,d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為Hlim1=500MPa，Hlim2=375MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為N1=60n1jLh=60*1450*1*(2*8*300*8)=3.341*109N2=N1u=3.341*1094.785=6.98*108 由圖10.23查得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90，KHN2=0.95 取失效概率

5、為1%，安全系數(shù)s=1，則小齒輪和大齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力分別為H1=KHN1Hlim1s=450MPaH2=KHN2Hlim2s=356MPa 取較小值為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即 H=H2=356MPa2) 試算小齒輪分度圓直徑d1t32KHtT1du+1uZHZEZZH2=43.178mm2. 調(diào)整小齒輪分度圓直徑1) 計(jì)算實(shí)際載荷前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備i. 計(jì)算圓周速度vv=d1tn160*1000=*43.178*145060*1000m/s=3.28m/sii. 齒寬b=dd1t=43.178mm2) 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KHi. 由表10.2查得使用系數(shù)KA=1.0ii. 根據(jù)v=3.28

6、m/s，7級(jí)精度，由圖10.8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.10iii. 齒輪的圓周力Ft1=2T1d1t=2*2.96*10443.178 N=1.371*103NKAFt1b=1.0*1.371*10343.178Nmm=31.752N/mm<100N/mm查表10.3得齒間載荷分配系數(shù)KH=1.4iv. 由表10.4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，KH=1.419則載荷系數(shù)為KH=KAKVKHKH=2.2253) 按實(shí)際載荷算得的分度圓直徑為d1=d1t3KHKHt=51.65mm即相應(yīng)的齒輪模數(shù)mn=d1cosz1=51.648*cos14°/24 mm=2.

7、088mm3.2.4按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1. 試算齒輪模數(shù)，即mnt32KFtT1YYCOS2dZ12YFaYsaF1) 確定公式中各參數(shù)值a) 試選載荷系數(shù)KFt=1.3b) 計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)Yb=arctantancost=arctantan14°cos20.562°=13.140°v=cos2b=1.554Y=0.25+0.75v=0.733c) 彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)YY=1-120°=1-1.905*14°120°=0.778d) 計(jì)算YFaYsaF小齒輪和大齒輪的當(dāng)量齒數(shù)zv1=z1cos3=24cos31

8、4°=26.27zv2=z2cos3=115cos314°=125.890查圖10.17得齒形系數(shù)YFa1=2.62, YFa2=2.17由圖10.18查得應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.6, Ysa2=1.80 由圖10.24b,c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為Flim1=380MPa，F(xiàn)lim2=320MPa 由圖10.22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85，KFN2=0.88取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，即小齒輪及大齒輪的彎曲疲勞許用應(yīng)力分別為 F1=KFN1Flim1s=0.85*3801.4MPa=230.71MPaF2=KFN2Flim2s=0.88*

9、3201.4MPa=201.14MPaYFa1Ysa1F1=2.62*1.6230.71=0.0182YFa2Ysa2F2=2.170.*1.80201.14=0.0194取較大值即YFaYsaF=YFa2Ysa2F2=0.01942) 試算齒輪模數(shù)mnt32KFtT1YYcos2dZ12YFaYsaF =1.258mm2. 調(diào)整齒輪模數(shù)1) 計(jì)算實(shí)際載荷前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備i. 計(jì)算圓周速度vd1=mntz1cos=1.185*24cos14°mm=31.12mmv=d1n160*1000=*31.12*145060*1000(ms）=2.36msii. 齒寬b=dd1=1.0*31.12

10、mm=31.12mmiii. 計(jì)算齒高h(yuǎn)及寬高比bhh=2han*+cn*mnt=2.831mbh=31.122.831=10.992) 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KFi. 根據(jù)v=2.36 m/s，7級(jí)精度，由圖10.8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.05ii. 由Ft1=2T1d1=1.902*103NKAFt1b=61.12 Nm<100Nm查表10.3得齒間載荷系數(shù)KF=1.4iii. 由表10.4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，KH=1.415結(jié)合bh=10.99，查圖10.13得KF=1.34iv. 實(shí)際載荷系數(shù)KF=KAKvKFKF=1.973) 按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)

11、mn=mnt3KFKFt=1.445mm4) 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)mn大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，從滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度出發(fā)，從標(biāo)準(zhǔn)中取整mn=2mm，為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=51.65mm，計(jì)算小齒輪的齒數(shù)，即z1=d1cosmn=51.65*cos14°2=24.74取z1=25，則大齒輪齒數(shù)z2=uz2=4.785*25=111.88,，取z2=112，z1z2互為質(zhì)數(shù)3.2.5幾何尺寸計(jì)算1. 計(jì)算中心距a=z1+z2mn2cos=141.19mm，取整即a=142mm2. 按圓整后的中心距修正螺旋角=a

12、rccosz1+z2mn2a=15.250°3. 計(jì)算小齒輪和大齒輪的分度圓直徑d1=z1mncos=26*2cos15.250°mm=51.825mmd2=z2mncos=232.18mm4. 計(jì)算齒輪寬度b=dd1=51.825mm取b2=52mm，b1=b+510，取b1=57mm3.2.6主要設(shè)計(jì)結(jié)論小齒輪齒數(shù)z1=25,大齒輪齒數(shù)z2=112,模數(shù)m=2mm,壓力角=20°,螺旋角=15.250°=15°150,變位系數(shù)x1=x2=0,中心距a=142mm,齒寬b1=57mm,b2=52mm。小齒輪選用45號(hào)鋼(調(diào)質(zhì))，大齒輪采用45

13、號(hào)鋼(正火)。03.3低速級(jí)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)3.3.1傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)要求1) 齒輪材料：軟齒面齒輪傳動(dòng)小齒輪：45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理；大齒輪：45號(hào)鋼，正火處理2) 軸向力指向軸的非伸出端；3) 每年300日，每班8小時(shí)，兩班制4) 齒寬系數(shù)=0.81.0；5) 螺旋角=8°20°；6) 中心距取整，分度圓直徑精確計(jì)算(保留小數(shù)點(diǎn)后兩位)。3.3.2選擇齒輪類(lèi)型，精度等級(jí)及齒數(shù)1) 參考表10.6，取通用減速器精度等級(jí)為7級(jí)精度2) 取小齒輪齒數(shù)為z1=24，齒數(shù)比u=3.16，即大齒輪齒數(shù) z2=uz1=3.16*24=75.84,取z2=76；3) 選擇斜齒圓柱齒輪，取壓力角=

14、20°；4) 初選螺旋角=14°3.3.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1. 計(jì)算小齒輪的分度圓直徑，即d1T32KHtT1du+1uZHZEZZH21) 確定公式中的各參數(shù)值a) 試選載荷系數(shù)KHt=1.3b) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T2=9.55*106P2n2=9.55*106*5.689/327.3(Nmm)=1.66*105Nmmc) 取齒寬系數(shù)d=1.0d) 由圖10.20查得區(qū)域系數(shù)ZH=2.433；e) 由表10.5查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa12f) 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Zt=arctan(tann/cos)=arctan(tan20

15、6;/cos14°)=20.562°at1=arccosz1cost/(z1+2han*cos)=arccos24*cos20.562°/(24+2*1*cos14°)=29.974°at2=arccosz2cost/(z2+2han*cos)= arccos76*cos20.562°/(76+2*1*cos14°)=24.079°=z1tanat1-tant'+z2(tanat2-tant'/2 =24*(tan29.974°-tan20.562°)+71*(tan24.079

16、°-tan20.562°)/2 =1.638=dz1tan/=1*24*tan14°/=1.905Z=4-31-+=4-1.6383*1-1.905+1.9051.638=0.671a) 螺旋角系數(shù)Z=cos14°=0.985b) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力H由圖10.25c,d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為Hlim1=500MPa，Hlim2=375MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為N1=60n2jLh=60*327.3*1*(2*8*300*8)=7.54*108N2=N1u=7.54*1083.16=2.39*108 由圖10.23查得接觸疲勞壽命系數(shù)KH

17、N1=0.95，KHN2=0.98 取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，則小齒輪和大齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力分別為H1=KHN1Hlim1s=0.95*5001MPa=475MPaH2=KHN2Hlim2s=0.98*3751MPa=367.5MPa 取較小值為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即H=H2=367.5MPa2) 試算小齒輪分度圓直徑d1t32KHtT2du+1uZHZEZZH2=32*1.3*1.66*1051*3.16+13.16*2.433*189.8*0.671*0.985367.52mm=73.18mm3. 調(diào)整小齒輪分度圓直徑1) 計(jì)算實(shí)際載荷前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備i. 計(jì)算圓周速度vv

18、=d1tn260*1000=*73.18*327.360*1000m/s=1.25m/sii. 齒寬b=dd1t=1*73.18mm=73.18mm2) 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KHi. 由表10.2查得使用系數(shù)KA=1.0ii. 根據(jù)v=1.25m/s，7級(jí)精度，由圖10.8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.04iii. 齒輪的圓周力Ft1=2T2d1t=2*1.66*10573.18=4.536*103NKAFt1b=1.0*4.536*10373.18Nmm=61.98N/mm<100N/mm查表10.3得齒間載荷分配系數(shù)KH=1.4iv. 由表10.4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)

19、，KH=1.424則載荷系數(shù)為KH=KAKVKHKH=1.0*1.04*1.4*1.424=2.0733) 按實(shí)際載荷算得的分度圓直徑為d1=d1t3KHKHt=73.18*32.0731.3mm=85.50mm即相應(yīng)的齒輪模數(shù)mn=d1cosz1=85.50*cos14°/24 mm=3.46mm3.3.4按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1. 試算齒輪模數(shù)，即mnt32KFtT1YYCOS2dZ12YFaYsaF1) 確定公式中各參數(shù)值a) 試選載荷系數(shù)KFt=1.3b) 計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)Yb=arctantancost=arctantan14°cos20.562

20、76;=13.140°v=cos2b=1.638/cos213.140°=1.727Y=0.25+0.75v=0.25+0.751.727=0.684c) 彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)YY=1-120°=1-1.905*14°120°=0.778d) 計(jì)算YFaYsaF小齒輪和大齒輪的當(dāng)量齒數(shù)zv1=z1cos3=24cos314°=26.27zv2=z2cos3=76cos314°=83.20查圖10.17得齒形系數(shù)YFa1=2.64, YFa2=2.17 由圖10.18查得應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.6, Ysa2=1.77由

21、圖10.24b,c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為Flim1=380MPa，F(xiàn)lim2=320MPa 由圖10.22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.88，KFN2=0.90取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4，即小齒輪及大齒輪的彎曲疲勞許用應(yīng)力分別為 F1=KFN1Flim1s=0.88*3801.4MPa=238.86MPaF2=KFN2Flim2s=0.90*3201.4MPa=205.71MPaYFa1Ysa1F1=2.64*1.6238.86=0.0176YFa2Ysa2F2=2.17*1.77205.71=0.0187取較大值即YFaYsaF=YFa2Ysa2F2=0.01872

22、) 試算齒輪模數(shù)mnt32KFtT2YYcos2dZ12YFaYsaF=32*1.3*1.66*105*0.684*0.778*cos214°1.0*242*0.0187=1.915mm2. 調(diào)整齒輪模數(shù)1) 計(jì)算實(shí)際載荷前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備i. 計(jì)算圓周速度vd1=mntz1cos=1.915*24cos14°mm=47.37mmv=d1n260*1000=*47.37*327.360*1000(ms）=0.812msii. 齒寬b=dd1=1.0*47.37mm=47.37mmiii. 計(jì)算齒高h(yuǎn)及寬高比bhh=2han*+cn*mnt=2*1+0.25*1.915mm=4.308mmbh=47.374.308=11.002) 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KFv. 根據(jù)v=0.812m/s，7級(jí)精度，由圖10.8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.01vi. 由Ft1=2T2d1=2*1.66*10547.37N=7.008*103NKAFt1b=1*7.008*10347.37Nm=147.96Nm>100Nm查表10.3得齒間載荷系數(shù)KF=1.2vii. 由表10.4用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)，KH=1.418結(jié)合bh=11.00，查圖10.13得KF=1.3