五、传动零件的设计计算 1、高速级齿轮的设计 1)、选定齿轮类型，精度等级，材料及参数 ①按图所示的传动方案，选用斜齿轮圆柱齿轮传动， 四个齿轮均为斜齿，有利于保障传动的平稳性，获 得较小的传动几何尺寸。 ②运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精 度（GB10095-88） Z1?21 ③材料选择，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS,Z2?90.09 二者材料硬度差为40HBS。 β=14° ④选小齿轮齿数 Z1?21 大齿轮的齿数 Z2?4.29?21?90.09，取90 ⑤选取螺旋角，初选螺旋角β=14° 2）、按齿面接触强度设计 2KtT1u?1?ZHZE??? d1t?3 ???d??u???H?? （1）确定公式内的各计算数值 ①试选Kt?1.6 ②由图10-30选取区域系数ZH?2.433 ③由图10-26查得??1?0.76 ??2?0.87 则?????1???2?1.63 ④小齿轮转矩 T1?26.9N?m ⑤选取齿宽系数 ?d?1 ⑥查材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa ⑦按齿面硬度查得 小齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim1?600MPa 大齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2?550MPa 122Kt?1.6 ZH?2.433 ???1.63 T1?26.9N?m ?d?1 ZE?189.8MPa 12?Hlim1?600MPa?Hlim2?550MPa N1?2.488?109 - 6 -
⑧应力循环次数 N1?60?1440?1?(8?360?10)?2.488?109 N2?5.8?108 KHN1?0.86 2.488?109?5.8?108 N2?4.29 ⑨取接触疲劳寿命系数KHN1?0.86 KHN2?0.9 ⑩计算接触疲劳许用应力 取失效率为1%，安全系数S=1 KHN2?0.9 KHN1?lim1???? H1s ??H?2? ??H?? （2）计算 ?0.86?600?516MPa 1KHN2?lim20.9?550??495MPa s1?516?495?505.5MPa 2??H?1???H?22??H??505.5MPa ①计算小齿轮分度圆直径d1t d1t?37.88mm 32?1.6?26.9?104.29?1?2.433?189.8???? d1t?3??37.88mm 1?1.634.29?505.5? v?2.86m/s ②计算圆周速度 ?d1tn1??37.88?1440??2.86m/s v? 60?100060?1000 b?37.88mm ③计算齿宽b及模数mnt b??dd1t?1?37.88mm?37.88mm mnt?1.75 h=3.94mm dcos?37.88?cos14? mnt?1t??1.75 Z121 h=2.25mnt=2.25×1.75=3.94mm b/h=37.88/3.94=9.61 ④计算纵向重合度?? ???1.665 ???0.318?dZ1tan??0.318?1?21?tan14??1.665 ⑤计算载荷系数K - 7 -
使用系数KA?1,根据v=2.86m/s，7级精度， 动载系数Kv?1.04，KH??1.42,KF??1.35 K?1.77 KH??KF??1.2 K?KAKVKH?KH??1?1.04?1.2?1.42?1.77 ⑥按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 d1?39.18mm K31.77 d1?d1t3??37.88?39.18mm Kt1.6 ⑦计算模数mn mn?1.81mm dcos?39.18?cos14???1.81mm mn?1 Z121 3）按齿根弯曲强度设计（取弯曲疲劳许用应力为s=1.4） 2KT1Y?cos2?YFaYSa ? mn?3 2??F??dZ1?? (1)确定计算参数 K?1.68 ①计算载荷系数 K?KAKVKF?KF??1?1.04?1.2?1.35?1.68 ②根据纵向重合度???1.665，查得螺旋角影响系数 Y??0.88 ③计算当量齿数 ZV1?Z121??22.99 33cos?cos14?Z290??98.52 33cos?cos14?ZV1??22.99 ZV2?ZV2?98.52 YFa1?2.69 ④查取齿形系数 YFa1?2.69 YFa2?2.18 ⑤查取校正系数 YSa1?1.575 YSa2?1.79 YFa2?2.18 YSa1?1.575 YSa2?1.79 ⑥查小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE1?500MPa - 8 -
小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE2?380MPa ⑦弯曲疲劳寿命系数KFN1?0.28 KFN2?0.88 ??F?1? ??F?2?KFN1?FE10.82?500??292.86MPa s1.4KFN2?FE20.88?380??238.86MPa s1.4 ⑧计算大，小齿轮的YFaYSa??F?并比较 YFa1YSa1??F?1?2.69?1.575?0.01447 292.862.18?1.79?0.01634 238.86 YFa2YSa2 YFa2YSa2??F?2?0.01634??F?2? 大齿轮数值大 （2）设计计算 322?1.68?26.9?10?0.88?cos14?mn?3?0.01634?1.19mm 21?21?0.01634 mn?1.19mm 对比计算结果，齿面接触疲劳强度计算的法面模数mn大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取mn=1.5，已可满足弯曲强度。 按接触疲劳强度算得的分度圆直径d1?39.18mm来计算应有的齿数Z1?mn=1.5 d1?39.18mm d1cos?39.18?cos14???25.34，取Z1?25 mn1.5Z1?25 Z2=107 a?102mm 则Z2?Z1i?4.29?25?107.25 取Z2=107 4）几何尺寸计算 （1）计算中心距 a??Z1?Z2?mn2cos?(25?107)?1.5??102.03mm 2?cos14? 将中心距圆整为102 (2)按圆整后的中心距修正螺旋角 - 9 -
??13.93? (Z1?Z2)mn(25?107)?1.5??arccos?arccos?13.93? 2a2?102 因?值改变不多，故参数??，K?，ZH等不必修正 （3）计算大，小齿轮的分度圆直径 d1?d1?38.64mm Z1mn25?1.5??38.64mm cos?cos13.93?d2?165.36mm d2?Z2mn107?1.5??165.36mm cos?cos13.93?B1?45mm B2?40mm （4）计算齿轮宽度 b??dd1?1?38.64?38.64mm 圆整后取B2?40mm B1?45mm 齿根圆直径为 **df1?d1?2(ha?cn)mn?38.64?2?(1?0.25)?1.5?34.65mm df1?34.65mm df2?161.61mm **df2?d2?2(ha?cn)mn?165.36?2?(1?0.25)?1.5?161.61mm da1?41.64mm 齿顶圆直径为 *da1?d1?2hamn?38.64?2?1?1.5?41.64mm da2?168.36mm *da2?d2?2hamn?165.36?2?1?1.5?168.36mm 2、低速级齿轮的设计 1）、选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数 （1）、电动机为一般工作机，速度不高，故选用7级精 度（GB10095-88） （2） 材料选择 选取小齿轮的材料为40Cr（调质） 大齿轮的材料为45钢（调质） 二者硬度差为40HBS （4）选小齿轮的齿数Z3?24 大齿轮的齿数 Z4?3.3?24?79.2 取79 (5)初选螺旋角β＝14° - 10 -