锥齿轮的设计

1、锥齿轮的设计（2）传动方案本次设计的山地割草机的传动部分主要是长轴带动锥齿轮转动，锥齿轮带 动另一锥齿轮转动并且改变方向，最后传到到割刀转动，将苜蓿的根部草割断。 传动部分的设计主要是对齿轮的设计齿轮传动的类型齿轮传动就装置形式分：1）开式、半开式传动在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这 种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容 易磨损，故只宜用于低速传动。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮 部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它工作条件虽有改善，但仍不能 做到严密防止外界杂物侵

2、入，润滑条件也不算最好。2）闭式传动 而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经 过精确加工而且圭寸闭严密的箱体（机匣）的，这称为闭式齿轮传动（齿轮箱）。它 与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。本次设计的推移式割草机割草总成部分尺寸比较小，传动齿轮尺寸和质量 比较小，转速比较高，且没有防护罩，如果选用开式容易损坏其寿命，因此齿 轮传动选用闭式传动。齿轮的设计准则齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的，轮齿是齿轮直接参与工作的部分， 所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、 齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。齿轮传动的失效形式不大可能同

3、时发生，但却是互相影响的。例如齿面的 点蚀会加剧齿面的磨损，而严重的磨损又会导致轮齿折断。在一定条件下，由 于上述第一、二种失效形式是主要的，因此设计齿轮传动时，应根据实际工作 条件分析其可能发生的主要失效形式，以确定相应的设计准则。齿轮传动的强度计算是根据齿轮可能出现的失效形式进行的。对一般齿轮传动，目前广泛采用的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度两种计算方法足以确定其 承载能力。1）、闭式齿轮传动软齿面（HB350）闭式齿轮传动：一般失效形式是齿根折断，故通常先按 齿根弯曲疲劳强度设计几何尺寸，然后用齿面接触疲劳强度验算其承载能力。2）、开式齿轮传动属材料是一项十分重要的工作。为了保证齿轮工作的可

4、靠性，提高其使用 寿命，齿轮的材料及其热处理应根据工作条件和材料的特点来选取。对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性，齿心具有 足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性, 以达到齿轮的各种技术要求。常用的齿轮材料为各种牌号的优质碳素对于开式齿轮传动一般以齿根折断 和齿面磨损而失效。但目前尚无完善的磨损计算方法，故仅以齿根弯曲疲劳强度设计几何尺寸或验算其承载能力，并在设计计算时用适当加大模数（增大10% 或15%的办法来考虑磨损因素的影响。由于本次设计的手推割草机的齿轮传动属闭式传动且属于高速传动的硬齿 面，因此需按齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。齿轮的

5、材料选择及其热处理齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。齿轮传动通过轮齿互 相啮合来传递空间任意两轴间的运动和动力，并可以改变运动的形式和速度。 齿轮传动使用范围广，传动比恒定，效率较高，使用寿命长。在机械零件产品 的设计与制造过程中，不仅要考虑材料的性能能够适应零件的工作条件，使零 件经久耐用，而且要求材料有较好的加工工艺性能和经济性，以便提高零件的 生产率，降低成本，减少消耗。如果齿轮材料选择不当，则会出现零件的过早 损伤，甚至失效。因此如何合理地选择和使用金结构钢、合金结构钢、铸钢、 铸铁和非金属材料等。一般多采用锻件或轧制钢材。当齿轮结构尺寸较大，轮 坯不易锻造时，可采用铸钢。

6、开式低速传动时，可采用灰铸铁或球墨铸铁。低 速重载的齿轮易产生齿面塑性变形，轮齿也易折断，宜选用综合性能较好的钢 材。高速齿轮易产生齿面点蚀，宜选用齿面硬度高的材料。受冲击载荷的齿轮， 宜选用韧性好的材料。对高速、轻载而又要求低噪声的齿轮传动，也可采用非 金属材料、如夹布胶木、尼龙等。钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种：1）表面淬火 常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45、40Cr钢等。表面淬火 后，齿面硬度一般为4055HRC特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高，耐磨性好。 由于齿心部末淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。2）渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如 20、20Cr钢等。渗碳淬

7、火后齿面硬度可达5662HRC而齿心部仍保持较高的韧性，轮齿的执弯强度和齿 面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。齿轮经渗碳 淬火后，轮齿变形较大，应进行磨齿。3）渗氮渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面硬度可达700900HV由于渗氮处理后的齿轮硬度高，工艺温度低，变形 小，故适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铬、铜、铅等合金元素的渗 氮钢，如 38CrMoAIA4）调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢， 如45、40Cr、35SiMn钢等。 调质处理后齿面硬度一般为 220280HBS因硬度不高，轮齿精加工可在热处理 后进行。5）正火正火能消除

8、内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火 处理。一般要求的齿轮传动可采用软齿面齿轮。为了减小胶合的可能性，并使配 对的大小齿轮寿命 相当，通常使小齿轮齿面硬度比大齿轮齿面硬度 高出 30-50HBS这是因为小齿轮受载荷次数比大齿轮多，且小齿轮齿根较薄，强度 低于大齿轮。为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面 硬一些。对于高速、重载或重要的齿轮传动，可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬 度可大致相同。综上所述，选择小齿轮大齿轮材料分别为40Cr、45,调质处理，强度极限分别为850Mpa700Mpa屈服极限分别为6

9、70Mpa500Mpa齿芯部硬度为280HBS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：机器类型精度等级范围机器类型精度等级范围汽轮机36拖拉机68金属切削机床38通用减速器68航空发动机48锻压机床69轻型汽车58起重机710载重汽车79农用机器811注：主传动齿轮或重要的齿轮传动，精度等级偏上限选择；辅助传动齿轮或般齿轮传动，精度等级居中或偏下限选取。锥齿轮设计步骤选定齿轮类型。精度等级。材料及齿数、选用标准直齿锥齿轮齿轮传动，压力角取20 。齿轮精度取8级，材料选择：小齿轮40cr （调质

10、）齿面硬度 280HBS c b=850 c s=670大齿轮45钢（调质）齿面硬度 280HBS c b=700 c s=500选小齿轮齿数z1=16,大齿轮齿数z2=21,u=1.311.按齿面接触疲劳强度设计(1)试算小齿轮分度圆直径，即d/_4?h ?(楚)?(1-0.5? ?)2? ?1）确定公式中的各项参数值 试选KHt=1.3 计算小齿轮传递的扭矩。=9.55 X 106x 10/6500N?mm选取齿宽系数r=0.3&由图查得区域系数ZH=2.5由表查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa计算接触疲劳许用应力(T h由图查得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为cHiimi =

11、600Mpa,(T Hlim2 =550Mpa由式计算应力循环次数Ni=60niJl h=60X6500 X 1 X(1 X 8 X1000 X15) = 4.147 X 109M=N/u=4.147 X109/1.31=3.166 X109由图查取接触疲劳寿命系数 Khn= 0.9Khn=0.92取失效概率为1%安全系数S=1，由式得 =M322222=540MPa? 1 2=?2?=gU506MPa? 1取T H1 T H2中较小者为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即t h 1= t HI 2=506MPa2)试算小齿轮分度圆直径 ? (4?、2 ?(嗨)2儿 罗3“213：10. x(5X8

12、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。dm1=(1-0.5 r)=32.5 X(1 - 0.5 X0.3) =27.625mm?1 ? X 27.625 Xvm=60 X 100060 X 1000=32.50mm色9397m/s1? (1-0.5? ?)2?0.3 X(1 0.5 X 0.32 X 1.31506bRditV?+ 1/2 =0.3 X32.5 V 1.31+ 1/2=8.025mm话27025 =0.290 27.6252)计算实际载荷系数Kh由表查得使用系数Ka=1.根据Vf9.397m/s,8级精度，由图查得动载系数 Kv=1.25。直齿锥齿轮

13、精度较低，尺间载荷分配系数Kh =1.Khb =1.0由表用插值法查的8精度、小齿轮悬臂时，得齿向载荷分布系数Kh=KK/Kh“ Khb =1.25 X1.25 X1 X1 = 1.56253) 由式可得按实际载荷系数算得的分度圆直径为,?3 1.5625d1 =d1t V=32.5 V=34.536mm?1.3及相应的齿轮模数， m=dz 1=34.536/16=2.1585mm3. 按齿根弯曲疲劳强度设计(1)由式试算模数m V4? 2 ?(?(1-0.5? ?)2? ?1)确定公式中的各项参数试选心=1.3 计算?由分锥角 sin S 1 /sin S 2=1.31 S 1+S 2=12

14、0解得 S 1=33.4647 S 2=86.5353可得当量齿数zv1=zcos S 1=19.180zV2=z2/cos S 2=347.49由图查得齿形系数YFa1=2.88 Y Fa2=2.10?时?=2.88 X 1.58= 0.0 1 8Mpa?0?1Cr250待举严.0207Mpa因为大齿轮的 待?大于小齿轮的,?!所以取由图查得应力修正系数 Ysa1 = 1.58 丫 sa2=1.90由图查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为？?=?00Mpa(T Fim2 =380Mpa有图取弯曲疲劳寿命系数Kfni=0.85 K fn2=0.86取弯曲疲劳安全系数S=1.7，由式得?1

15、?2 0.85 X 500?t f 1=j =仃=250MpaKFN2 Kfn2 0.86 X 3801.7t f2=-=-一=192Mpa? E2?-YFa2Ysa2 =0.0207Mpa1.3 X 0.213 X 3 402)试算模数。_?1 ?V ni60 X 1000? X 13.5456 X 650060 X 1000=4.608m/s齿宽bb= Rd1V?+ 1/20.3 X 15.936 XV 0.32 + 1/2=2.5026mm 2)计算实际载荷系数矗。 根据v=1.887m/s , 8级精度，由图查得动载系数 K/1.2 直齿锥齿轮精度较低，取齿间载荷分配系数KFa =1

16、由表用插值法查得Khb = 1于是Kfb =1,则载荷系数为KF=KK/KFa Kfb =1.25 X1.2 X1 X 1 = 1.54) 由式，可得按载荷系数算得的齿轮模数为m=?2?=0.996 X v1.5=1.0446mm?1.3按照齿根弯曲疲劳强度计算的模数，选择标准模数1.25，按照接触疲劳强度算得的分度圆直径d仁34.536,算出小齿轮齿数在Z1=d/m=4.536/1.25=27.6288.取Z1=28,大齿轮齿数 乙=uz1=1.31 X 28 = 36.75为了使两齿轮齿数互质取 Z2=374. 几何尺寸计算(1) 计算分度圆直径 d1=Z1=28X 1.25 = 35mm

17、d2=乙m=37X 1.25 = 46.25mm(2) 计算分锥角 S 1=46.56, S 2=73.44(3) 计算齿轮宽度b= Rd12?+ 1/2=0.3 X35 X V 1.32 + 1/2=8.6941mm取 b1=b2=10mm5. 结构设计及绘制齿轮零件图(从略)6. 主要涉及结论齿数 Z1=28,Z2=37,模数 m=1.25,标准直齿锥齿轮传动几何参数及尺寸名称代号小齿轮大齿轮分锥角S46.5673.44齿顶咼? ?1. 25齿根高?1.5分度圆直径d3546.25齿顶圆直径?36.71946.963齿根圆直径?32.93745.395锥距R29.000齿根角? ?2.961顶锥角