齿轮传动设计参数的选择Word格式.docx
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称布置
0.9~1.4(1.2~1.9)
两支撑相对小齿轮作不对
0.7~1.15(1.1~1.65)
小齿轮作悬臂布
置
0.4~0.6
注:
1)大、小齿轮皆为硬齿面时大齿轮为
d应取表中偏下限的数值;
若皆为软齿面或仅
软齿面时d可取表中偏上限的数值;
2)括号内的数值用于人自齿轮,此时b为人字齿轮的总宽度;
3)金属切削机床的齿轮传动,若传递的功率不大时,d可小到0.2;
4)非金属齿轮可取d≈0.5~1.2。
齿轮的许用应力[σ]按下式计算
式中参数说明请直接点击
疲劳安全系数S
对接触疲劳强度计算,由于点蚀破坏发生后只引起噪声、振动增大,并不立即导致不能继续工作的后果,故可取S=SH=1。
但是,如果一旦发生断齿,
就会引起严重的事故,因此在进行齿根弯曲疲劳强度的计算时取S=SF=1.251.5.
寿命系数KN
弯曲疲劳寿命系数KFN,查图1
接触疲劳寿命系数KHN,查图2
图中N=60njLh
n——齿轮转速(rpm),
N——齿轮工作应力循环次数
j——齿轮每转一圈时,同一齿面啮合数
Lh——为齿轮的工作寿命(h)
图1:
弯曲疲劳寿命系数KFN
1一调质钢,珠光体、贝氏作球星铸铁,
珠光体黑色可银铸铁;
2一镇联淬火用,火焰或感应表面淬火
锅;
3一氨化的调质钢或氯化钢,铁索作球
*铸铁,结构纲.灰铸铁;
4一碳氮共修的调质钢
图2:
接触疲劳寿命系数KHN
1—结构钢.调质钢,珠光
作、贝氏作球墨铸铁,
珠光体黑色可依铸
扶,掺假淬火锅(允许一定点蚀);
2—材料同1,不允许出现点
蚀;
3—灰铸铁,铁素作球墨铸
铁,氯化的调质钢或氨化钢;
4—联氛共修的调质钢
齿轮疲劳数极限lim
齿轮精度选择
齿轮精度选择各类机器所用齿轮传动的精度等级范围,列于下表中,按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。
各类机器所用齿轮传动的精度等级范围
机器名称
精度等级
汽轮机
拖拉机
金属切削机床
通用减速机
航空发动机
锻压机床
轻型汽车
起重机
载重汽车
农用机器
主传动齿轮或重要的齿轮传动,精度等级偏上限选择;
辅助传动的齿轮或一般齿轮传动,精度等级居中或偏下限选择。
图:
齿轮传动的精度选择圆柱齿轮传动
?
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CAD、UG、Pro/E机械制图
(223)
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机械必备辞典(40)
Dec
27
齿轮传动的参数选择(Gearparameters)
发布:
admin|发布时间:
2009年12月27日
齿轮传动的参数选择
(一)齿轮传动设计参数的选择
压力角α的选择
由机械原理可知,增大压力角α,轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随
之增加,有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。
我国对一般用途的齿轮
传动规定的标准压力角为α=20°
。
为增强航空用齿轮传动的弯曲强度及接触强
度,我国航空齿轮传动标准还规定了α=25°
的标准压力角。
但增大压力角并不一
定都对传动有利。
对重合度接近2的高速齿轮传动,推荐采用齿顶高系数为1~
1.2,压力角为16°
~18°
的齿轮,这样做可增加轮齿的柔性,降低噪声和动载荷。
小齿轮齿数z1的选择
若保持齿轮传动的中心距a不变,增加齿数,除能增大重合度、改善传动的平稳性外,还可减小模数,降低齿高,因而减少金属切削量,节省制造费用。
但模数小
了,齿厚随之减薄,则要降低轮齿的弯曲强度。
闭式齿轮传动一般转速较高,为了提高传动的平稳性,减小冲击振动,以齿数多一些为好。
小齿轮的齿数可取为z1=20~40。
开式(半开式)齿轮传动,由于轮齿主要为磨损
失效,为使轮齿不至过小,故小齿轮不宜选用过多的齿数,一般可取z1=17~20。
为使轮齿免于根切,对于α=20°
的标准直齿圆柱齿轮,应取z1≥17。
齿宽系数φd的选择
由齿轮的强度计算公式可知,轮齿愈宽,承载能力愈高;
但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布趋不均匀,故齿宽系数应取得适当。
圆柱齿轮齿宽系数的荐
用值见下表。
对于标准圆柱齿轮减速器,齿宽系数取为,
所以对于外啮合齿轮传动:
。
φa的值规定为0.2,0.25,0.30,0.40,0.50,0.60,0.80,1.0,1.。
2运用设计计算公式时,对于标准减速器,可先选定φa后再用上式计算出相应的φd值。
圆柱齿轮的齿宽系数φ
两支承相对小齿轮作对称布
两支承相对小齿轮作不对称布
φd
0.9~1.4(1.2~1.9)
0.7~1.15(1.1~1.65)
注:
1)大、小齿轮皆为硬齿面时,
φ取偏下限的数值;
若皆为软齿面或仅大齿轮为软齿面时,
φ取偏上限的数值;
2)括号内的数值用于人字齿轮,此时
b为人字齿轮的总宽度;
0.2;
3)金属切削机床的齿轮传动,若传递的功率不大时,
φ可小到
4)非金属齿轮可取
φ≈0.5~1.2。
圆柱齿轮的计算齿宽b=φdd1,并加以圆整。
为了防止两齿轮因装配后轴向
稍有错位而导致啮合齿宽减小,常把小齿轮的齿宽在计算齿宽b的基础上人为地加宽约5~lOmm。
(二)齿轮传动的许用应力
本书荐用的齿轮的疲劳极限是用m=3~5mm、α=20°
、b=10~50mm、v=10m/s、
Ra约为0.8的直齿圆柱齿轮副试件,按失效概率为1%,经持久疲劳试验确定的。
对一般的齿轮传动,因绝对尺寸、齿面粗糙度、圆周速度及润滑等对实际
所用齿轮的疲劳极限的影响不大,通常都不予考虑,故只要考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。
齿轮的许用应力
[σ]按下式计算:
式中:
S—疲劳强度安全系数。
对接触疲劳强度计算,由于点蚀破坏发生后引起噪声、
振动增大,并不立即导致不能继续工作的后果,故可取
S=SH=1。
但是,如果
一旦发生断齿,就会引起严重的故事,因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取S
=SF=1.25~1.5。
KN—考虑应力循环次数影响的系数,称为寿命系数。
弯曲疲劳寿命系数
和接触疲劳寿命系数
分别见下图。
设n为齿轮的转速,r/min;
j为齿轮每
转一圈时,同一齿面啮合的次数;
Lh为齿轮的工作寿命,h,则齿轮的工作应力
循环次数N按下式计算:
N=60njLh。
σ—齿轮的疲劳极限。
弯曲疲劳强度极限值用
σFE带入,查图<
齿轮的弯曲疲
lim
·
Y
,Y
为试验齿轮的应力校正系数;
接触
劳强度极限>
,图中的σ=σ
ST
疲劳强度极限值σ
FEFlim
查
图<
齿轮的接触疲劳强度极限
>
Hlim
1—允许一定点蚀时的结构钢;
调质钢;
球
1—调质钢;
球墨铸铁(珠光体、贝氏体);
珠光体
墨铸铁(珠光体、贝氏体);
珠光体可锻铸
可锻铸铁
铁;
渗碳淬火的渗碳钢
2—渗碳淬火的渗碳钢;
全齿廓火焰或感应淬火的钢、
球墨铸铁
2—结构钢;
渗碳淬火钢;
火焰或
感应淬火的钢、球墨铸铁;
球墨铸铁(珠光
3—渗氮的渗氮钢;
球墨铸铁(铁素体);
灰铸铁;
体、贝氏体);
珠光体可锻铸铁;
结构钢。
3—灰铸铁;
渗氮的
4—氮碳共渗的调质钢、渗碳钢。
渗氮钢;
调质钢、渗碳钢
弯曲疲劳寿命系数
4—氮碳共渗的调质钢、渗碳钢
接触疲劳寿命系数
(当N>
Nc时,可根据经验在网纹区内取
值)
图<
齿轮的弯曲疲劳强度极限>
、图<
齿轮的接触疲劳强度极限>
所示极限应力值,一般选取其中间偏下值,即在MQ及ML中间选值。
使用图<
及图<
时,若齿面硬度超出图中荐用的范围,可大体按外插法查取相应的极限应力值。
图<
所示为脉动循环应力的极限应力。
对称循环应力的极限应力值仅为脉动循环应力
的70%。
夹布塑料的弯曲疲劳许用应力=50MPa,接触疲劳许用应力
=110MPa。
(三)齿轮精度的选择
各类机器所用齿轮传动的精度等级范围列于下表中,按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。
各类机器所用齿轮传动的精度等级范围
3
~6
6
~8
通用减速器
4
~9
5
7
~10
农业机器
8
~11
主传动齿轮或重要的齿轮传动,偏上限选择;
辅助传动齿轮或一般齿轮传动,居中或偏下限选择。
例题如图所示,试设计此带式输送机减速器的高速级齿轮传动。
已知输入功率
P1=40kW,小齿轮转速n1=960r/min,齿数比u=3.2,由电动机驱动,工作寿命15年(设每年工作300天),两班制,带式输送机工作平稳,转向不变。
[解]
1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
1)按图所示的传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动。
2)考虑此减速器的功率较大,故大、小齿轮都选用硬齿面。
由表<
常用齿轮材料及其力学特性>
选得大、小齿轮的材料均为40Cr,并经调质及表面淬火,齿面硬度为48~55HRC。
3)选取精度等级。
因采用表面淬火,轮齿的变形不大,不需要磨
削,故初选7级精度(GB10095-1988)。
4)选小齿轮齿数z1=24,大齿轮齿数z2=uz1=77。
2.按齿面接触强度设计
由设计计算公式(10-9a)进行试算,即
1)
(3)由表<
圆柱齿轮的齿宽系数φd>
选取齿宽系数φd=0.9;
(4)由表<
弹性影响系数ZE>
查得材料的弹性影响系数ZE=189.8;
(5)由图<
e按齿面硬度中间值52HRC查得大、小齿轮得接触疲劳强度极
限σHlim1=σHlim2=1170MPa;
(6)计算应力循环次数
(7)由图<
接触疲劳寿命系数>
查得接触疲劳寿命系数
1=0.88;
2
=0.90;
(8)计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%,安全系数S=1,得
2)计算
(1)试算小齿轮分度圆直径d1t,代入中较小的值
(2)计算圆周速度v
(3)计算齿宽b
(4)计算齿宽与齿高之比b/h
模数
齿高
b/h=61.55/6.413=9.6
(5)计算载荷系数
根据v=3.44m/s,7级精度,由动载系数图查得动载系数
直齿轮,假设Ft/b≥100N/mm,由表<
齿间载荷分配系数
=1.12;
查得
=
=1.1;
使用系数>
查得使用系数
=1;
KH的简化计算公式>
由表<
接触疲劳强度计算用齿向载荷分布系数
=1.43;
(由表中6级
精度硬齿面齿轮查得,适当加大)
由图弯曲疲劳强度计算用齿向载荷分布系数查得=1.37;
(由
b/h=9.6,=1.43)
故载荷系数K==1×
1.12×
1.1×
1.43=1.72
(6)按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径,由式(10-10a)得
(7)计算模数m
m=d1/z1=75.08/24=3.128mm
3.按齿根弯曲强度设计
弯曲强度的设计公式为
mm
1)确定公式内的各计算数值
(1)由图<
d查得大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限
σFE1=σFE2=680MPa;
(2)由图<
弯曲疲劳寿命系数>
查得弯曲疲劳寿命系数
=0.9;
(3)计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得
(4)计算载荷系数K
K==1×
1.37=1.69
(5)查取齿形系数
齿形系数及应力校正系数>
查得YFa1=2.65;
YFa2=2.226(6)查取应力校正系数
可查得YSa1=1.58;
YSa2=1.764。
(7)计算大小齿轮的并加以比较
小齿轮的数值大。
2)设计计算
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m略大于由齿根疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能
力,仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得得模数2.94,并就近圆整为标准值m=3mm,按接触强度算得的分度圆直
径d1=75.08mm,由
z1=d1/m=75.08/3=25.03,取在z1=25
z2=uz1=80
4.几何尺寸计算
1)计算分度圆直径
d1=z1m=25×
3=75mm
d2=z2m=80×
3=240mm
2)计算中心距
a=(d1+d2)/2=(75+240)/2=157.5mm
3)计算齿轮宽度
b=φdd1=0.9×
75=67.5mm圆整,取B2=68mm,B1=73mm。
5.验算
合适
确定公式内的各计算数值
(1)试选载荷系数Kt=1.3;
(2)计算小齿轮传递的转矩
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- 齿轮 传动 设计 参数 选择