蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机设计-本科毕业论.doc

湖湖 南南 农农 业业 大大 学学 全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计） 蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机的设计蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机的设计 TITLE OF GRADUATION PAPER（四号（四号 Times New Roman 加粗，大写）加粗，大写） （根据题目长短四号字空二或三行根据题目长短四号字空二或三行） 学生姓名学生姓名（三号黑体加粗）：（或） （三号楷体加粗） 学学号：号：20 年级专业及班级：年级专业及班级：20级（）班 指导老师及职称：指导老师及职称：教授 学学院：院：学院 （学院名用全称） （三号字 空二或三行） 湖南长沙 （小三号黑体） 提交日期：20年月 湖湖 南南 农农 业业 大大 学学 全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计 蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机设计蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机设计 WORM GEAR AND WORM TYPE BENDING MACHINE DESIGN 学生姓名学生姓名：濮声建 学学 号：号：201140914123 年级专业及班级：年级专业及班级：2011级机械教（一）班 指导老师及职称：指导老师及职称：吴彬讲师 学学 院：院：教育学院 湖南长沙 提交日期：2015 年 5 月 湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计 诚 信 声 明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工 作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日 目 录 摘要1 关键词1 1 前言1 1.1 绪论.1 1.2 钢筋弯曲机产品结构 1 1.3 钢筋弯曲机产品质量差异 2 1.4 发展现状 2 1.5 本设计内容 3 2 钢筋弯曲机的工作原理及工作盘的设计4 2.1 钢筋弯曲机的工作原理4 2.2 钢筋弯曲机的结构4 2.3 钢筋弯曲机工作盘的设计5 2.4 钢筋弯曲所需弯矩5 2.5 本章小结5 3 电动机选择及传动比的分配6 3.1 电动机的选择6 3.2 传动比的分配6 3.3 各轴的转速6 3.4 各轴的输入功率6 3.5 各轴的输入转矩7 3.6 数据整理7 3.7 本章小结7 4 带传动的设计8 4.1 V 带的设计计算 8 4.2 带轮结构的设计.10 4.3 带轮的技术要求.10 5 圆柱齿轮设计.11 5.1 第一、二齿轮设计.11 5.1.1 齿轮类型.11 5. 1. 2 按齿面接触疲劳强度设计.11 5.1.3 按齿根弯曲疲劳强度设计.13 5.1.4 齿轮几何尺寸计算及主要参数.15 5.2 第 3、4 齿轮的设计15 5.2.1 齿轮的类型 .15 5.2.2 按齿面接触疲劳强度设计.16 5.2.3 按齿根弯曲疲劳强度设计.17 5.2.4 齿轮几何尺寸计算及主要参数.19 5.3 齿轮的结构设计.20 6 蜗轮蜗杆设计.21 6.1 蜗轮蜗杆设计计算.21 6.1.1 蜗杆的类型、材料.21 6.1.2 按齿面接触疲劳强度进行设计.21 6.1.3 蜗轮蜗杆的主要参数与几何尺寸.22 6.1.4 效核齿根弯曲疲劳强度.22 6.1.5 蜗轮蜗杆的结构设计.23 7 轴的设计.24 7.1 轴的设计.24 7.1.1 估算轴的基本直径.24 7.1.2 轴的结构设计.24 7.1.3 按弯曲合成应力校核轴的强度.24 7.2 轴II的设计 26 7.2.1 估算轴的基本直径.26 7.2.2 轴的结构设计.26 7.2.3 轴的受力分析.26 7.3 轴III的设计28 7.3.1 估算轴的基本直径.28 7.3.2 轴的结构设计.28 7.3.3 轴的受力分析.29 7.4 蜗轮轴的设计.30 7.4.1 蜗轮轴的基本直径.30 7.4.2 轴的结构设计.30 7.4.3 轴的强度效核.31 7.5 本章小结.31 结论.32 参考文献.32 致谢.33 附录.34 1 蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机设计蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机设计 学 生：濮声建 指导老师：吴 彬 (湖南农业大学教育学院，长沙 410128) 摘 要：钢筋加工机械是工程建筑行业不可或缺的的作业工具。就钢筋弯曲机的具体传动方案， 目前可主要划分为“带-两级齿轮-蜗轮蜗杆传动”及“带-三级齿轮传动”两种。目前，钢筋弯 曲机的性能结构、操作方法和控制及综合技术指标等方面还有很大的提升空间。本设计主要是通 过对过去钢筋弯曲机的设计方案的比较，改变个别零件及电动机功率等，升级为能加工直径40 的蜗轮蜗杆式型钢筋弯曲机，增大钢筋刚加加工范围，提高劳动效率，减轻钢筋加工的劳动强度， 保证建筑工程的质量及进度。同时还能准确弯曲固定角度，不像以往的钢筋弯曲机，需要凭借经 验判断，使加工更精确。 关键词：钢筋弯曲机；设计方案；蜗轮蜗杆；强度；效率 Worm gear and worm type bending machine design Student: Pu Shengjian Tutor: Wu Bin (College of Education, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: Steel processing machinery construction industry indispensable working tool. Reinforc- ed bending machine specific transmission scheme，there can be mainly divided into“ take - two stage gear - worm drive“ and“ take - three stage gear“ two. At present，steel bending machine performance and structure，method of operation and control and integrated technical indicators，there is still much room for improvement. The design is mainly based on the past steel bending machine design scheme comparison， changes in individual parts and motor power， upgrade to machining diameter 40 Worm gear and worm type steel bar bending machine， increasing reinforced just add processing， improve labor efficiency， reduce the labor intensity of steel processing， ensuring construction quality and progress. 2 Key words: steel bending machine；design scheme；Worm gear and worm；strength；efficiency 1 1 前言 1.1 绪论 钢筋弯曲机是钢筋加工机械之一。工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆 盘，把钢筋置于图中虚线位置，支承销轴固定在机床上，中心销轴和压弯销轴装在工 作圆盘上，圆盘回转时便将钢筋弯曲。为了弯曲各种直径的钢筋， 在工作盘上有几 个孔，用以插压弯销轴，也可相应地更换不同直径的中心销轴。 钢筋弯曲机属于一种对钢筋弯曲机结构的改进。本实用新型包括减速机、大齿轮、 小齿轮、弯曲盘面，其特征在于结构中：双级制动电机与减速机直联作一级减速；小 齿轮与大齿轮啮合作二级减速；大齿轮始终带动弯曲盘面旋转；弯曲盘面上设置有中 心轴孔和若干弯曲轴孔；工作台面的定位方杠上分别设置有若干定位轴孔。由于双级 制动电机与减速机直联作一级减速，输入、输出转数比准确，弯曲速度稳定、准确， 且可利用电气自动控制变换速度，制动器可保证弯曲角度。利用电机的正反转，对钢 筋进行双向弯曲。中心轴可替换，便于维修。可以采用智能化控制。国外品牌都是贴 牌生产 很少是全套进口 据调查所知 很多国外打牌都是国内生产商生产。 1.2 钢筋弯曲机产品结构 （1）钢筋弯曲机的类型 1.按传动方式分机械式钢筋弯曲机、液压式钢筋弯曲机； 2.按工作原理分为蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机、齿轮式钢筋弯曲机； 3.按结构型式分台式钢筋弯曲机、手持式钢筋弯曲机。 （2）钢筋弯曲机的构造 各厂家的钢筋弯曲机的构造基本相同。钢筋弯曲机的传动方案有以下两种：“带 -两级齿轮-蜗轮蜗杆传动”和“带-三级齿轮传动” 。 钢筋弯曲机传动方案的比较与 选择证明了采用蜗轮蜗杆传动的钢筋弯曲机，其传动效率不如齿轮传动的弯曲机， 但全自动或半自动操作的弯曲机,宜采用“带-两级齿轮-蜗轮蜗杆传动“结构,以利提高 传动精度，不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环 境中解放出来，节约了人力成本，提高了工作的安全可靠，极大地提高劳动生产率。 也就是说，蜗轮蜗杆传动的弯曲机弯曲钢筋工作显得更轻松，安全可靠，同时蜗轮蜗 杆传动的自锁特性，使工作中弯曲的定位精度会更高些。目前，以“带-两级齿轮-蜗 轮蜗杆传动”方案的弯曲机的产生、应用较为普遍，市场占有率高。 2 1.3 钢筋弯曲机产品质量差异 目前，机械传动类钢筋弯曲机的结构与生产工艺已经非常成熟。各个厂家产品的 质量差异主要体现在以下几点： 1、各个厂家的机箱的造型及用料有较大的差异。用料太少的钢筋弯曲机，设备 的整体刚性太差，外形也缺乏美感。 2、仅有少量厂家注重工作圆盘及其他附件的表面质量，将工作圆盘及其他附件 进行了镀层处理，将各插控采用橡胶套堵封。 3、有些钢筋弯曲机的生产厂家，配用非标生产的电机。这些电机的输出功率偏 小，在连续工作中容易起热，无法弯曲标定直径的钢筋。 4、传动系统的齿轮、蜗轮蜗杆等，在加工质量，材料的选用，热处理工艺方面 有差异。 5、大量厂家的弯曲机不注意外观涂装质量，少量厂家采用喷塑处理方式，外观 视觉效果还不错。 1.4 发展现状 当前我国正在大力发展基础建设及城市化建设，各种建筑耗费了大量的钢筋，其 中箍筋加工的效率和质量是最难解决的问题之一，箍筋不仅使用量非常大，而且形状 和尺寸变化复杂，尺寸精度要求高，箍筋的制做在原钢筋加工中是劳动强度大，人力 物力消耗大，低效率，低质量保证的环节。随着我过建筑业的高速发展，大型工程项 目也日渐增多，工程中使用的钢筋直径有逐渐曾大的趋势。 钢筋弯曲机是钢筋加工必不可少的设备之一，它主要用于各类建筑工程中对钢筋 的弯曲。钢筋弯曲机通常与切断机配套使用，其应用十分广泛。随着郭嘉投资拉动的 效果显现，尤其是国家大力开展高铁的建设，钢筋弯曲机的生产销售增长迅速。 我国工程建筑机械行业近几年之所以能得到快速发展，一方面通过引进国外先进 技术提升自身产品档次和国内劳动力成本低廉是一个原因，另一方面国家连续多年实 施的积极的财政政策更是促使行业增长的根本动因。受国家连续多年实施的积极财政 政策的刺激，包括西部大开发、西气东输、西电东送、青藏铁路、房地产开发以及公 路（道路） 、城市基础设施建设等一大批依托工程项目的实施，这对于重大建设项目 装备行业的工程建筑机械行业来说可谓是难得的机遇，因此整个行业的内需势头旺盛。 同时受我国加入 WTO 和国家鼓励出口政策的激励，工程建筑机械产品的出口形势也 明显好转。 我国建筑机械行业运行的基本环境、建筑机械行业运行的基本状况、建筑机械行 3 支撑销轴 工作盘 钢筋 压弯销轴 中心销轴 业创新、建筑机械行业发展的政策环境、国内建筑机械公司与国外建筑机械公司的竞 争力比较以及 20122015 年我国建筑机械行业发展的前景趋势进行了深入透彻的分 析与其他的钢筋切断机、弯箍机、调直切断机的情况类似，钢筋弯曲机还有很大的发 展空间。 1.5 本设计内容 钢筋弯曲机是钢筋加工必不可少的设备之一，本设计蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机，增 大钢筋刚加加工范围，提高劳动生产效率，减轻钢筋加工的劳动强度，保证建筑工程 的安全、质量及进度。同时还能准确弯曲固定角度，不像以往的钢筋弯曲机，需要凭 借经验判断，使加工更精确。 2 钢筋弯曲机的工作原理及工作盘的设计 2.1 钢筋弯曲机的工作原理 蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机的工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工 作圆盘，采用电动机经带-两级齿轮-蜗轮蜗杆传动传动减速后，带动工作机构，蜗轮 蜗杆式钢筋弯曲机的工作机构是一个在垂直轴上旋转的水平工作圆盘，如图（2.1） 所示，把钢筋置于途中虚线位置，支撑销轴固定在机床上，中心销轴和压弯销轴装在 工作圆盘上，圆盘回转时便将钢筋弯曲。为了弯曲各种直径的钢筋，在工作盘上有几 个孔，用以插压弯销轴，也可响应地更换不同直径的中心销轴。通过改变中心销轴的 直径来弯曲各种直径的钢筋。 图 1 钢筋弯曲机工作原理 Fig1 The working principle of the steel bar bending machine 2.2 钢筋弯曲机的结构 如图 2 蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机通过控制系统启动电动机，经一级三角带传动、两 级齿轮传动和蜗轮蜗杆传动减速后，带动工作盘。 4 图 2 钢筋弯曲机结构简图 3 Fig2 Steel bar bending machine structure diagram 2.3 钢筋弯曲机工作盘的设计 = sinsin 0 LFr 式中，F 为拨斜柱对钢筋的作用力；为 F 的径向分力；a t M r F 为 F 与钢筋轴线夹角。 当一定，越大则拨斜柱及主轴径向负荷越小；一定，Lo 越 t M 10 =arcos L L 大。因此，弯曲机的工作盘应加大直径，增大拨斜柱中心到主轴中心距离 Lo。 蜗轮蜗杆式钢筋弯曲机的工作盘设计：工作盘直径 350mm，压弯销轴直径 ，中心销轴直径，支撑销轴，工作 40mm40mm40mm 0=140mm L =55.15 盘厚度。 =80mmB 2.4 钢筋弯曲所需弯矩 1、钢筋弯曲初始弯矩 S WKM 10 （Nm） 1.7 6.4 3734058.24 式中：K1 为截面系数，对圆截面 1 K =1.7； W 为抗弯截面模量 33 W0.1d0.1 406400 s 为所弯曲钢筋屈服强，25MnSi 的 s =373MPa 2、钢筋变形硬化后的终弯矩 钢筋在塑性变形阶段出现变形硬化（强化） ，产生变形硬化后的终弯矩： SX WRKKM）（2/ 01 式中：K0 为强化系数为相对强化系数 15/1 . 2k p0 ，延伸率 p =14%，25MnSi 的 p =14%，R 为弯心直径，被弯曲钢筋的直径，则得出终弯矩 0 RxR /d 0 d 0 R3d 5 M=10026.24（Nm） 3、钢筋弯曲所需弯矩 4 . 7394 2 0 KMM MT （Nm） 式中：弯曲时的滚动摩擦系数 K=1.05 2.5 本章小结 钢筋弯曲机就是将电动机给出的动力，经一级三角带传动、两级齿轮传动和蜗轮 蜗杆传动减速后，达到一定速度，传递给工作盘，通过压弯销轴，中心销轴和支撑销 轴的配合，使钢筋弯曲。再通过对工作盘合理的设计，可以减轻主轴的载荷。计算钢 筋弯曲所需弯矩时，还要考虑钢筋变性后的终弯矩。 3 电动机选择及传动比的分配 3.1 电动机的选择 由功率扭矩关系公式，为工作机所需功率，n 为工作 KWnTPw4 . 59550/ w P 盘转速 7（r/min） 。查1附表 2-3 得 V 带传动效率 96 . 0 1 ，齿轮传动效率 97. 0 2 ，滚动轴承效率 99 . 0 3 ，蜗轮蜗杆传动效率=0.70，从电动机到工作盘 4 n 间的总效率为：0.61 4 4 3 2 21 nnnnn 电动机所需输出功率为，/ wd PPKW0 . 961 . 0 /4 . 5 查1附表 6-1 电动机选用 Y 系列三相异步电动机 T160L-6，额定功率为 ，满载转速。该电动机的中心高 H=160mm，轴外伸长度KWPe11min/970rnm E=110mm，轴外伸轴径 D=42mm。 3.2 传动比的分配 1、总传动比为 6 . 138 7 970 w m n n i 2、分配传动比 为使传动零件尺寸协调，结构匀称合理及利于安装，不会造成互相干涉现象，现 由2表 2-1 初步选 V 带传动比：；则两级齿轮传动的传动比为： 5 . 2 带 i15 蜗 i ； 取 ，。 70 . 3 155 . 2 6 . 138 12 蜗带i i i i 5 . 2 2 i 48 . 1 5 . 2 7 . 3 2 12 1 i i i 3.3 各轴的转速 1 轴 ； min/3885 . 2/970/ 1 rnnn m 带 2 轴 ； min/ 2 . 26248 . 1 /388/ 112 rinn 3 轴 ； min/ 9 . 1045 . 2/ 2 . 262/ 223 rinn 6 蜗轮轴 min/715/ 9 . 104/ 3 rinnw 蜗 3.4 各轴的输入功率 ； KWPP d 64 . 8 96 . 0 9 11 ； KWPP30 . 8 99 . 0 97 . 0 64 . 8 3212 ； KWPP97 . 7 99 . 0 97 . 0 30 . 8 3223 KWPPw47 . 5 70 . 0 99 . 0 97 . 7 2 4 2 3 3 3.5 各轴的输入转矩 电动机轴 ； mN n P T m d 61.88 970 9 95509550 0 ； mN n P T66.212 388 64 . 8 95509550 1 1 1 ； mN n P T31.302 2 . 262 3 . 8 95509550 2 2 2 ； mN n P T58.725 9 . 104 97 . 7 95509550 3 3 3 mN n P T w w w 64.7462 7 47 . 5 95509550 3.6 数据整理 表 1 各轴数据整理 Table 1 The axis data sorting 轴 名 功率 P (KW) 转矩 T（） 转速mN min)/( rn 电动机轴 9.0 88.61 970 1 轴 8.64 212.66 388 2 轴 8.30 302.31 262.2 3 轴 7.97 725.58 104.9 涡轮轴 5.47 7462.64 7 3.7 本章小结 电动机功率在传递过程中，在通过齿轮啮合和轴承时，会有损耗，因此在电动机 的选择时，要选择功率稍微大一点的。通过对总传动比的合理分配，使齿轮大小适中， 整体结构得到协调。 4 带传动的设计 4.1 V 带的设计计算 1、计算功率 c P 7 已知：；查机械设计表 8.8 得工况系数： KWPd0 . 9min/970rnm 2 2 . 1 A K ；则： KWPKP dAca 8 . 100 . 92 . 1 2、选取 V 带型号 根据计算功率、小带轮转速 m n 从2图 8-11 选用 B 型 V 带 cm P 3、确定大、小带轮的基准直径 d d 由2表 8-7 和表 8-9 确定小带轮的基准直径：； mmdd140 1 计算大带轮基准直径： mmdid dd 3501405 . 2 12 带 取基准直径。 mmdd355 2 4、验算带速 sm nd v md /11 . 7 100060 97014014 . 3 100060 1 带速 在 525m/s 的范围，带的速度合适。 v 5、确定 V 带的基准长度和传动中心距 （1）初定中心距 )(2)(7 . 0 21021dddd ddadd 990 5 . 346 0 a 初选中心距 。 mma450 0 （2）基准长度： 0 2 12 2100 4 )( )( 2 2 a dd ddaL dd ddd 4504 )140355( )355140( 2 14 . 3 4502 2 mm 8 . 1691 根据2表 8-2 选用。 mmLd1760 （3）实际中心距： mm LL aa dd 480 2 8 . 16911760 450 2 0 0 6、验算主动轮上的包角 1 a dd dd 3 . 57 )(180 121 120 3 . 145 355 3 . 57 )140355(180 1 主动轮上的包角合适。 8 7、计算 V 带的根数z （1） L A r ca KKPP PK P P z )( 00 ，查2表 8-4 得：； min/970rnmmmdd140 1 kwP08 . 2 0 （2），查2表 8-5 得：； min/970rnm5 . 2 带 ikwP30 . 0 0 （3）由查2表 8-6 得，包角修正系数； 3 . 145 1 91 . 0 K （4）由，与 V 带型号 B 型查表 8-2 得：； mmLd176094 . 0 L K 综上数据，得,取 Z=610 合适。 3 . 5 94 . 0 91 . 0 )30 . 0 08 . 2 ( 8 . 10 z 8、计算预紧力 0 F （初拉力） 根据带型 B 型查2表 8-3 得： mkgq/170 . 0 2a 0 5 . 2 500qv vZK PK F c 2 11 . 7 170 . 0 11 . 7 69 . 0 8 . 10)9 . 05 . 2( 500 N 6 . 233 9、计算作用在轴上的压轴力 p F 2 sin2 1 0 zFFp 2 2 . 145 sin 6 . 23362 =2674.9N 式中， 1 为小带轮的包角。 10、V 带传动的主要参数整理并列表 表 2 V 带传动主要参数 Table 2 V belt transmission main parameters V 带传动 带轮基准直径 中心距 根数 基准长度 初拉力 压轴力 B 型带 140 mm、355 mm 480 mm 6 1760 mm 233.6N 2648.88N 4.2 带轮结构的设计 1、带轮的材料： 采用灰铸铁带轮 HT200. 2、带轮的结构形式： 9 V 带轮的结构形式与 V 带的基准直径有关。小带轮接电动机， 300mm，所以采用腹板式结构带轮；大带轮300mm 时，可 mmdd140 1 mmdd355 2 采用轮辐式。 3、带轮宽：根据2表 8-11 推出，B=2+(Z-1)e=211.5+（6-1）19=118mm f 4.3 带轮的技术要求 铸造的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸 造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行 修补；转速低于极限转速的带轮要做静平衡，反之要做动平衡。 5 圆柱齿轮设计 5.1 第一、二齿轮设计 5.1.1 齿轮类型 1、查2表 10-6 选用 7 级直齿圆柱齿轮，日工作 15 小时，300 天，两班制。 2、材料选择。由2表 10-1 选择：两者材料硬度差为 40HBS 小齿轮：40Cr，调质后表面淬火，齿面硬度 280HBS 大齿轮：45 钢，调质后表面淬火，齿面硬度 240HBS 3、齿数：初选 Z1=20，大齿轮数 Z2= Z1=1.4820=30 1 i 5. 1. 2 按齿面接触疲劳强度设计 3 2 1 1 12 H EH d Ht t ZZZ u uTK d 1、根据工作条件，选取载荷系数 =1.3。 Ht K 2、已知小齿轮传递的转矩。 mNT66.212 1 3、由2表 10-7 选取齿宽系数 d =1。 4、由2图 10-20 查得区域系数 ZH=2.5， 查2表 10-5 弹性影响系数 ZE=189.8。 2/1 MPa 5、由2式（10-9）计算接触疲劳强度的重合度系数 Z =arcos=arcos20= 1a )2/(cos * 11a hzz) 1220/(20cos 321.31 =arcos=arcos30= 2a )2/(cos * 22a hzz) 1230/(20cos 241.28 2/)tan(tan)tan(tan 2211 aaa zz =1.61 2/)20tan241.28(tan30)20tan321.31(tan 20 0.89 3 61. 14 3 4 a Z 10 6、由2式（10-15）计算应力循环次数 9 11 1068 . 1 )3001582(13886060 h jLnN 99 1112 1067 . 0 5 . 2/1068 . 1 /iNuNN 7、由2图 10-23 查取接触疲劳寿命系数 92 . 0 K 90 . 0 HN21 ， HN K 8、计算接触疲劳强度的许应力，取失效率为 1%，安全系数 S=1； 由2图 10-25d 查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为 MPa H 600 1lim 。 MPa H 550 2lim = S K HHN1lim1 = 540MPa 1 H 1 60090 . 0 = s K HHN2lim2 =506MPa 2 H 1 55092 . 0 取和中的较小的作该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 1 H 2 H =506MPa H 2 H 9、计算小齿轮分度圆直径 3 2 1 1 12 H EH d Ht t ZZZ u uTK d =87.40mm 3 2 3 506 89 . 0 8 . 1895 . 2 20/30 1)20/30( 1 1066.2123 . 12 10、调整小齿轮分度圆直径 （1）计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度v m/s=1.76m/s （5.4） 100060 38840.87 100060 11 nd v t 齿宽 b b=87.40mm mmd td 40.871 1 （2）计算实际载荷系数 H K 由2表 10-2 查得使用系数。 1 A K 根据、7 级精度，由2图 10-8 查得动载系数。 smv/76 . 1 04 . 1 v K 齿轮的圆周力 N=N 40.87/1066.2122/2 3 111 tt dTF 3 10866 . 4 N/mm100N/mm 7 . 5540.87/10866 . 4 1/ 3 1 bFK tA 11 查2表 10-3 得齿间载荷分配系数。 2 . 1 H K 由2表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿 向载荷分布系数。 421 . 1 H K 由此，得到实际载荷系数: 77 . 1 421 . 1 2 . 104 . 1 1 HHVAH KKKKK 由2式（10-12） ，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径及相应的齿轮模数 96.87mm 3 3 11 3 . 1 77 . 1 4 . 87 Ht H t K K dd 96.87/20 mm=4.84mm 11/ z dm 5.1.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 （1）由2式（10-7）试算模数，即 3 2 1 1 2 F saFa d Ft t YY z YTK m 1、确定各参数值 试选。 3 . 1 Ft K 由2式（10-5）计算弯曲疲劳强度重合度系数 688 . 0 711 . 1 75 . 0 25 . 0 75 . 0 25 . 0 Y 计算 F saFaY Y 由2图 10-17 查得齿形系数2.82、2.55 1Fa Y 2Fa Y 由2图 10-18 查得应力修正系数1.55、1.63 1sa Y 2sa Y 由2图 10-24C 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 。 MPaMPa F 380500 Flim21lim 、 由应力循环次数查2图 10-22 得弯曲疲劳寿命系数0.82,0.83. 1FN K 2FN K 由2式（10-14）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 292.86MPa 4 . 1 50082 . 0 1lim1 1 S K FFN F （5.7） 225.29MPa 4 . 1 38083 . 0 2lim2 2 S K FFN F 12 0.0149 86.292 55 . 1 82 . 2 1 11 F saFaY Y （5.8） 0.0163 29.225 63 . 1 55 . 2 2 22 F saFa YY 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 F saFaY Y 0163 . 0 2 22 F saFa F saFa YYYY 试算模数 mm 3 2 1 1 2 F saFa d Ft t YY z YTK m 3 2 3 0163 . 0 201 688 . 0 1066.2123 . 12 =2. 493 mm （2）调整齿轮模数 1、计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度v =49.86 mm 20493 . 2 11 zmd t 1.01 m/s sm nd v/ 100060 38886.49 100060 11 齿宽 b、宽高比 b/h b = mm=49.86mm 86.491 1 d d mm=5.61 mm 493 . 2 )25 . 0 12()2( * * ta mchh b/h=49.86/5.61=8.89 2、按实际载荷系数计算齿轮模数 F K m 根据 =1.01m/s，7 级精度，由2图 10-8 查得动载系数1.03。 v v K 由8.53N, NdTFt86.49/1066.21222 3 111 3 10 N/mm=171.1N/mm100N/mm， 86.49/1053 . 8 1/ 3 1 bFK tA 查2表 10-3 得齿间载荷分配系数1.1。 F K 由2表 10-4 插值法查得1.420，查2图 10-13，得。 H K3 . 1 F K 则载荷系数为 47 . 1 3 . 11 . 103 . 1 1 FFVAF KKKKK 13 齿轮模数 mm=2.60 mm 3 3 3 . 1 47 . 1 493 . 2 Ft F t K K mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计 m 算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接m 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，可取由齿 根弯曲疲劳强度计算的模数 2.60 mm,并根据 GB/T 1357-198 就近圆整为标准值3 m mm，按齿面接触疲劳强度算得的分度圆直径mm。87.96 1 d 算出小齿轮齿数，取29.323/87.96/ 11 mdz33 1 z 则大齿轮齿数,取84.483348 . 1 112 ziz49 2 z 5.1.4 齿轮几何尺寸计算及主要参数 1、计算分度圆直径 mm=99 mm 333 11 mzd mm=147 mm 349 22 mzd 2、中心距 123 mm 2/ )14799(2/ )( 21 dda 3、齿顶圆直径 105 mm 312992 * 11 mhdd aa 153 mm 3121472 * 22 mhdd aa 4、齿根圆直径 91.5 mm 3)25 . 0 1 (299)(2 * 11 mchdd af 139.5 mm 3)25 . 0 1 (2147)(2 * 22 mchdd af 5、齿轮宽度 mm=99 mm， 991 1 db d 一般小齿轮取mm， 109104)105(99)105( 1 mmbb 取mm，即mm。 105 1 b99 2 bb 表 3 第一第二齿轮主要参数 Table3 The first and second gear main parameters 齿轮 齿数 模数 压力角 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿宽 33 3 20 99 mm 105 mm 91.5 mm 105 mm 1 z 49 3 20 147 mm 153 mm 139.5 mm 99 mm 2 z 14 5.2 第 3、4 齿轮的设计 5.2.1 齿轮的类型 1、查机械设计表 10-6 选用 7 级直齿圆柱齿轮传动 2、材料选择。由2表 10-1 选择：两者材料硬度差为 40HBS 小齿轮：40Cr，调质后表面淬火，齿面硬度 280HBS 大齿轮：45 钢，调质后表面淬火，齿面硬度 240HBS 3、齿数：初选=20，大齿轮数=2.520=50 3 Z 4 Z 2 i 3 Z 5.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 3 2 1 3 12 H EH d Ht t ZZZ u uTK d 1、根据工作条件，选取载荷系数 =1.3。 Ht K 2、小齿轮传递的转矩。 3 ZmNT31.302 2 3、由2表 10-7 选取齿宽系数 d =1。 4、由2图 10-20 查得区域系数 ZH=2.5， 查2表 10-5 弹性影响系数 ZE=189.8。 2/1 MPa 5、由2式（10-9）计算接触疲劳强度的重合度系数 Z =arcos=arcos20= 3a )2/(cos * 33a hzz) 1220/(20cos 321.31 =arcos=arcos50= 4a )2/(cos * 44a hzz) 1250/(20cos 371.25 2/)tan(tan)tan(tan 4231 aaa zz =1.66 2/)20tan371.25(tan50)20tan321.31(tan 20 0.88 3 66 . 1 4 3 4 a Z 6、由2式（10-15）计算应力循环次数 9 23 10132 . 1 )3001582(1 2 . 2626060 h jLnN 89 2334 10528 . 4 5 . 2/10132 . 1 /iNuNN 7、由2图 10-23 查取接触疲劳寿命系数。 92 . 0 ,89 . 0 21 HNHN KK 8、计算接触疲劳强度的许应力，取失效率为 1%，安全系数 S=1； 由2图 10-25d 查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为、 MPa H 600 1lim 。 MPa H 550 2lim 15 = S K HHN1lim1 = 534MPa 1 H 1 60089 . 0 = s K HHN2lim2 =506MPa 2 H 1 55092 . 0 取和中的较小的作该齿轮副的接触疲劳许用应力，即 1 H 2 H =506MPa H 2 H 9、计算小齿轮分度圆直径 3 2 2 3 12 H EH d Ht t ZZZ u uTK d =90.83mm 3 2 3 506 88 . 0 8 . 1895 . 2 20/50 1)20/50( 1 1031.3023 . 12 10、调整小齿轮分度圆直径 （1）计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度v m/s=1.25m/s 100060 2 . 26283.90 100060 23 nd v t 齿宽 b b=90.83mm mmd td 83.901 3 （2）计算实际载荷系数 H K 由2表 10-2 查得使用系数。 1 A K 根据、7 级精度，由2图 10-8 查得动载系数.03。 smv/25 . 1 1 v K 齿轮的圆周力 N=N 83.90/1031.3022/2 3 323 tt dTF 3 10657 . 6 N/mm100N/mm 3 . 7383.90/10657 . 6 1/ 3 3 bFK tA 查2表 10-3 得齿间载荷分配系数。 2 . 1 H K 由2表 10-4 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿 向载荷分布系数。 429 . 1 H K 由此，得到实际载荷系数: 77 . 1 429 . 1 2 . 103 . 1 1 HHVAH KKKKK 由2式（10-12） ，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径及相应的齿轮模数 100.67mm 3 3 33 3 . 1 77 . 1 83.90 Ht H t K K dd 100.67/20 mm=5.03mm 33/ z dm 16 5.2.3 按齿根弯曲疲劳强度设计 （1）由2式（10-7）试算模数，即 3 2 3 2 2 F saFa d Ft t YY z YTK m 1、确定各参数值 试选。 3 . 1 Ft K 弯曲疲劳强度重合度系数为。 688 . 0 Y 计算 F saFaY Y 由2图 10-17 查得齿形系数2.83、2.33 3Fa Y 4Fa Y 由2图 10-18 查得应力修正系数1.55、1.72 3sa Y 4sa Y 由2图 10-24C 查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 。 MPaMPa F 380500 Flim43lim 、 由应力循环次数查2图 10-22 得弯曲疲劳寿命系数0.83,0.84. 3FN K 4FN K 由2式（10-14）计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 296.43MPa 4 . 1 50083 . 0 3lim3 3 S K FFN F （5.7） 228MPa 4 . 1 38084 . 0 4lim4 4 S K FFN F 0.0148 43.296 55. 183 . 2 3 33 F saFa YY （5.8） 0.0139 228 72 . 1 33 . 2 4 44 F saFa YY 因为小齿轮的大于大齿轮，所以取 F saFaY Y 0139 . 0 4 42 F saFa F saFa YYYY 试算模数 mm 3 2 3 2 2 F saFa d Ft t YY z YTK m 3 2 3 0139 . 0 201 688 . 0 1031.3023 . 12 = 2.66mm 17 （2）调整齿轮模数 1、计算实际载荷系数前的数据准备。 圆周速度v =53.2 mm 2066 . 2 33 zmd t 1.38 m/s sm nd v/ 100060 2 . 26267.100 100060 23 齿宽 b、宽高比 b/h b = mm=100.67 mm 67.1001 3 d d mm=5.985mm 66 . 2 )25 . 0 12()2( * * ta mchh 2、按实际载荷系数计算齿轮