盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010
并且取得了良好的效果。我国近年来也出现了作为磨机大小齿轮材料比较号的钢种，主要有35SiMn、42SiMn，50SiMn钢等。这些硅锰钢的特点是经过正火处理后，铁素体析出，硅和锰元素能强化铁素体，因而耐磨损能力比较强，表面强度比较高。同时，它们比碳钢还贵不了多少。
大齿圈的材料及其热处理方法确定后，就可以据此来选择合适的小齿轮材料及其热处理方法。一般的方法是控制硬度差，即小齿轮的表面硬度为
HB1=HB2+(40～50)
式中 HB1—小齿轮的硬度；
HB2—大齿圈的硬度。
实践证明，控制一定的硬度差可以收到以下效果：
a)齿轮的承载能力； b)齿轮的传动效率；
c)齿轮耐磨损和抗胶合的能力； d)使大小齿轮的寿命同时得到提高。
因此，根据江旭昌主编的管磨机第701页，确定大小齿轮的材料及其热处理。 表3-3 大小齿轮的材料及其热处理 齿轮 项目 材料 大齿圈 热处理 硬度HB 材料 小齿轮 热处理 硬度HB 大齿圈的钢种及其相应配对小齿轮钢种 ZG35CrSiMn 正火 217～255 40Cr 调质 241～286 表面淬火 HRC 48～55 调质 217～269 3.5.2 大齿圈直径的确定
大齿圈不宜设计的过大,因为如果大齿圈的直径很大,甚至达到磨机规格直径的两倍,则不仅使大齿圈的重量成倍增加,造价昂贵,给制造、运输和安装等带来很大困难,而且还会使占地面积增大.所以,在条件许可的情况下,大齿圈的直径越小越好.
大齿圈的直径可以由下式确定:
d=(1.15～1.8)D (3-3) 式中:d—大齿圈的分度圆直径,mm; D—磨机筒体的规格直径,mm.
将D=3500mm代入得 d=4025～6300mm
大齿圈直径确定以后,承载能力就与小齿轮的直径有关,小齿轮直径越大,既速比越小,所能传递的动力就越高. 3.5.3 齿形的确定
磨机的齿轮传动属于开式传动，这就决定了磨机大小齿轮的破坏和失效的主要
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原因是磨损和胶合。许多磨机上的大小齿轮都是因为轮齿薄无法再用而报废。在我国磨机上的大小齿轮以前都是采用直齿，前几年投产的冀东水泥厂在煤磨上采用了斜齿。在国际上，近几年由于磨机的大型化，为了提高齿轮的性能，斜齿应用越来越广。但由于它制造比较复杂，对安装要求比较高，因此在大型磨机上应用也远远不及直齿那样广泛。本课题采用标准直齿。 3.5.4 模数的确定
模数对齿轮的加工、运转、使用寿命、金属消耗和成本等都有影响.在满足强度要求的前提下,采用较小模数的齿轮具有以下优点:
a.当齿轮直径相同时,模数越小,大小齿轮的齿数和越大,则磨损越小,胶合的危险性就越小;
b.模数小,噪音小,振动小,动载荷也小;
c.模数越小加工精度越易于保证,摩擦损失也越小,则传动效率越高; d.加工容易,成本降低;
大齿圈的重量主要集中在轮缘上,约占60~70%.但轮缘厚度与模数有关,即模数小轮缘薄,于是大齿圈的重量也就减轻了,可以节省金属.
所以,采用小模数是合理的,但是,采用小模数并不是任意的小,而是在保证强度的条件下,尽量采用较小的模数。 3.5.5齿轮强度校核
以下校核公式参考江旭昌《管磨机》 a 按齿面接触疲劳强度设计 d1t?3(ZHZEZ?2KT1u?1 (3-4)
?du?H)2式中: d1t—小齿轮分度圆直径，mm；
ZH—节点区域系数；
ZE—材料系数，单位为MPa；
Z?—重合度系数，一般可取Z?=0.85～0.92；
?H—许用接触疲劳应力，单位为MPa；
?d—齿宽系数，其?d=B2/d1 =0.5～0.85； K—载荷系数；
T1—小齿轮的转矩； u—齿数比。 小齿轮转矩：
6PT=9.55× 101
n =9.55×106×1829/100
=1.75×108 (N·mm)
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选取u=i=6.4，?d=0.8，ZE=188Mpa，ZH=2.14，Z?=0.90 选取材料接触疲劳极限应力为?H1lim?360，?H2lim?340 选取材料弯曲疲劳极限应力为?F1lim?150，?F2lim?125
应力循环次数：N1?60n1at
=60×10O×（10×300×24） =4.32×108 式中: n1—齿轮转速，单位为r/min；
a—齿轮每转一转轮齿同侧齿面啮合次数； t—齿轮传动的总工作时间，单位为h。
N2?N1/u?4.32?108/6.4?6.78?107
接触疲劳寿命系数为ZN1?1.1，ZN2?1.1 弯曲疲劳寿命系数为YN1?1，YN2?1 接触疲劳安全系数为SHmin?1.0 弯曲疲劳安全系数为SFmin?1.4 试验齿轮的应力修正系数为YST=2.0
试取Kt?1.8
许用接触应力和许用弯曲应力：
[?H1]??H1limSHminZN1?360?1.1?396MPa1340?1.1?374MPa1
[?H2]??H2limSHminZN2?
[?F1]??F2limSFminYN1?150?2?1?214MPa1.4125?2?1?178.57MPa 1.4
[?F2]??F2limSFminYN2?代入(3?4)得：
选取KV?1.1，KA?1.75，K??1.02，K??1
K?KAK?K?KV?2
保证 d1t32?1.035d1t?703.8mm 1.8m?d1/z1?703/33?21.3mm
由渐开线圆柱齿轮模数系列（GB1357-78）可选模数为28。 b校核齿根弯曲疲劳强度
外齿轮的复合齿形系数为 YFS1?3.8;YFS2?3.95 重合度系数Y?=0.7
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2KT12?2?1.75?108?F1??YFS1YZ??3.8?0.72323 0.8?33?28?dZ1m?79.1MPa???F1??400MPa?F2??F1故满足要求。 3.5.6大小齿轮速比的确定
YFS23.95?79.1??82.2MPa???F2? YFS13.8传动装置的设计是在磨机传动功率和磨体转速以定的条件下进行的。在同条件
下，转速越高的电动机，其造价就越低。本设计选择型号：YR2000-8，传动装置的总速比：
i?nd (3-5)
nm740?44.02
16.81nd-电动机的转速，r/min；
i?nm-磨机的转速，r/min。
对于大小齿轮传动系统，这个总速比就是大小齿轮的总速比iz，因此选择速比为ig=7.5的减速器，则总速比可用下式表示，即：
i?ig?iz (3-6) 则 iz?i44.02??5.9 ig7.5 式中：ig-减速器的速比； iz-大小齿轮的速比。 3.5.7齿数的确定
模数确定，可以计算大齿圈的齿数：
z2=d2/m (3-7) 如果算出来的结果是奇数，那么就要根据实际情况上下调整，将大齿圈的齿数取为偶数。因为大齿圈由于安装、制造、运输和维修等需要必须至少制成两半，齿数取为偶数即可对开，使加工容易，精度提高，但对整体大齿圈则关系不大。 将d2=5320mm，m=28mm代入得 z2=190.
大齿圈的齿数确定之后，速比也是已知的，那么小齿轮的齿数就可以按下式确定：
z1=z2/iz (3-8)
将z2=190，iz=5.9代入得 z1=32.20，取33。使其与大齿轮的齿数互质,主要目
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的是使轮齿啮合，保证磨损均匀和运行平稳。
小齿轮最小分度圆直径的校核
d1?d?2t?6.5m mm (3-9)
式中：d1-小齿轮分度圆的直径，mm；
m-大小齿轮的模数，mm； d-小齿轮的轴孔直径，mm；
t-由d决定的小齿轮轴孔上的键槽深度，mm。
ｄ1=mz1=28×33=924mm
d?2t?6.5m=340+2×63+6.5×28=648mm 结果满足条件，说明齿数确定合适。 3.5.8齿轮各部分几何尺寸的计算
以下计算公式参考江旭昌《管磨机》。
分度圆直径: ｄ1=mz1=28×33=924mm
ｄ2=mz2 =28×190=5320mm 齿顶高： ｈa =ｈa* ×m =1×28=28mm
齿根高： ｈf=(ｈa*+c*)m =(1+0.25) ×28=35mm 全齿高： h=ｈa+ ｈf =63mm
齿顶圆： ｄa1=ｄ1+2ｈa =924+2×28=980mm ｄa2=ｄ2+2ｈa=5320+2×28=5376mm 齿根圆： ｄf1=ｄ1-2ｈf =924-2×35=854mm ｄf2=ｄ2-2ｈf =5320-2×35=5250mm
1 中心距： a=12(ｄ1+ｄ2) =2(924+5320)=3122mm
齿宽系数 △?=0.5-0.85 ，取0.6 , B2=△?×ｄ1 =0.6×924=554.4mm
圆整取B2=550mm 则:B1?B2?10?560mm 3.5.9齿圈与磨体的联接
大齿圈与磨体的联接形式基本上可以分为两类七种，具体见下表
表3-5大齿圈与磨体联接的种类 联 接 类 别 双键联接 联 接 种 别 铆钉外露式 铆钉内函式 无铆钉式 单排轴向双联式 螺栓联接 单排轴向三联式 双排轴向分联式 双排径向式
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