斜齿圆柱齿轮传动参数选择和设计示例.doc

斜齿圆柱齿轮传动参数选择和设计示例 螺旋角的选择提示 斜齿轮传动参数选择与直齿轮基本相同，所不同的是多了一个螺旋角。斜齿轮传动的轴向力Fa与tg成正比，为不使轴承承受过大的轴向力，斜齿圆柱齿轮传动的螺旋角不宜选得过大。但若过小，斜齿轮的特点显示不明显，一般取=820，常用=815。近年来设计中有增大趋势，有的达到25。在设计斜齿轮传动时应先初选角，待其它参数确定后再作精确计算。角可用来调整中心距： a=mn（z1+z2）/（2cos）=cos-1mn（z1+z2）/（2a） 例题 试设计一带式输送机减速器的斜齿圆柱齿轮传动。已知输入功率P140kW，小齿轮转速n1960r/min，齿数比u3.2，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，试设计此传动。解 1选精度等级、材料及齿数1)材料及热处理仍按直齿轮传动例题：大、小齿轮都选用硬齿面。由表1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4855HRC；2)精度等级仍选7级精度；3)仍选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=77；4)初选螺旋角14 2按齿面接触强度设计齿面接触强度计算公式为：1)确定公式内的各计算数值(1)试选Kt=1.6。(2)由图10查取区域系数ZH=2.433。(3)由图8查得端面重合度1=0.78，2=0.87，则 =1+2=1.65。(4)许用接触应力=1041.5 MPa。2)计算(1)试算小齿轮分度圆直径d1t mm =60.49 mm(2)计算圆周速度(3)计算齿宽b及模数mnth=2.25 mnt=5.51mm b/h=9.88(4)计算纵向重合度(5)计算载荷系数K已知使用系数=l。根据v=3.04m/s,7级精度，由图5查得动载系数=l.11；由表4查得接触强度计算用的齿向载荷分布系数=1.41； 由图6查得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数=1.37。由表3查得齿间载荷分配系数=1.2。 故载荷系数(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径(7)计算模数mn3按齿根弯曲强度设计由式 1)确定计算参数(1)计算载荷系数(2)根据纵向重合度=1.713，从图9查得螺旋角影响系数Y=0.8。(3)计算当量齿数(4)查取齿形系数由表5查得YFa1=2.592；YFa2=2.2l1(5)查取应力校正系数由表5查得Ysa1=1.596；Ysa2=1.774(6)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法向模数mn略大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法向模数，按表12，取标准模数mn=2.5mm，可满足弯曲强度。为满足接触疲劳强度，按接触强度算得的分度圆直径d1=63.83mm，由，取z1=25，则z2=uz1=80。4.几何尺寸计算 1)计算中心距将中心距圆整为135mm。 2)按圆整后的中心距修正螺旋角 因改变不多，故参数,K,ZH等不必修正。 3)计算大、小齿轮的分度圆直径 4)计算齿轮宽度 圆整后取B2=58mm；B1=63mm。5.结构设计以大齿轮为例。因齿轮齿顶圆直径16Omm，而又小于5OOmm，故以选用腹板式结构为宜。其它有关尺寸按图11荐用的结构尺寸设计(尺寸计算从略)，并绘制大齿轮零件图(从略)。(一)齿轮传动设计参数的选择压力角的选择由机械原理可知，增大压力角,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=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=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11.2 ，压力角为1618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。另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合的可能性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低轮齿的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。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=2040。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=1720。 为使轮齿免于根切，对于=20的标准直齿圆柱齿轮，应取 z117。齿宽系数d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： 。a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a后再用上式计算出相应的d值。圆柱齿轮的齿宽系数d装置状况两支承相对小齿轮作对称布置两支承相对小齿轮作不对称布置小齿轮作悬臂布置d0.91.4(1.21.9)0.71.15(1.11.65)0.40.6注: 1)大、小齿轮皆为硬齿面时，d取偏下限的数值；若皆为软齿面或仅大齿轮为软齿面时，d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；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d0.51.2。圆柱齿轮的计算齿宽b=dd1，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5lOmm。(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=35mm、=20、b=1050mm、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SSH1。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SSF1.251.5。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：N60njLh。 lim齿轮的疲劳极限。弯曲疲劳强度极限值用FE带入，查图，图中的FEFlimYST，YST为试验齿轮的应力校正系数；接触疲劳强度极限值Hlim查图。1调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁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3渗氮的渗氮钢；球墨铸铁（铁素体）；灰铸铁；结构钢。4氮碳共渗的调质钢、渗碳钢。弯曲疲劳寿命系数(当NNc时，可根据经验在网纹区内取值)1 允许一定点蚀时的结构钢；调质钢；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁；渗碳淬火的渗碳钢2 结构钢；调质钢；渗碳淬火钢；火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁；球墨铸铁（珠光体、贝氏体）；珠光体可锻铸铁；3 灰铸铁；球墨铸铁（铁素体）；渗氮的渗氮钢；调质钢、渗碳钢4 氮碳共渗的调质钢、渗碳钢接触疲劳寿命系数(当NNc时，可根据经验在网纹区内取值)图、图所示极限应力值，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