第五章 齿轮传动设计

5.1 齿轮传动和动力设计

（一）选精度等级、材料及齿数

为提高传动平稳性及强度，选用直齿圆柱齿轮，因为这是增速齿轮传动，低速级齿轮大，高速级齿轮小。

小齿轮材料：45钢调质  HBS1=280

接触疲劳强度极限MPa      （由[1]P207图10-21d）

弯曲疲劳强度极限 Mpa      （由[1]P204图10-20c）

大齿轮材料：45号钢正火  HBS2=240

接触疲劳强度极限 MPa    （由[1]P206图10-21c）

弯曲疲劳强度极限 Mpa       （由[1]P204图10-20b）

精度等级选用7级精度

初选小齿轮齿数21

大齿轮齿数Z2 = Z1= 21×2.5=52.58取52

（二）按齿面接触强度设计

     计算公式：

       mm   （由[1]P216式10-21）   

1）确定公式内的各计算参数数值

初选载荷系数

小齿轮传递的转矩 N·mm

齿宽系数                 （由[1]P201表10-7）

材料的弹性影响系数  Mpa1/2    （由[1]P198表10-6）

区域系数            （由[1]P215图10-30）

，          （由[1]P214图10-26）

   

应力循环次数

接触疲劳寿命系数   

 （由[1]P203图10-19）

接触疲劳许用应力

取安全系数

           ∴ 取

（三）计算

（1）试算小齿轮分度圆直径

=41.65mm

（2）计算圆周速度

 m/s

（3）计算齿宽b及模数mnt

 mm

b/h=9.33

﹙4﹚计算纵向重合度

      =2.0933

（5） 计算载荷系数 

① 使用系数

<由[1] P190表10-2> 根据电动机驱动得

② 动载系数

<由[1] P192表10-8> 根据v=2.785m/s、 7级精度

＝1.1

③ 按齿面接触强度计算时的齿向载荷分布系数

<由[1]P194表10-4> 根据小齿轮相对支承为对称布置、7级精度、=1.0、 mm，得

 

=1.42

④ 按齿根弯曲强度计算时的齿向载荷分布系数

<由[1]P195图10-13> 根据b/h=9.33

 

⑤ 齿向载荷分配系数、

<由[1]P193表10-3> 假设，根据7级精度，软齿面传动，得

 

∴=2.26

（6） 按实际的载荷系数修正所算得的分度圆直径 

<由[1]P200式(10-10a)>

         mm

（7） 计算模数

（四）按齿根弯曲强度设计 <由[1]P198式(10-5)>

1  确定计算参数

（1）计算载荷系数K

（2）螺旋角影响系数

<由[1]P215图10-28> 根据纵向重合系数，得

0.92

（3）弯曲疲劳系数KFN

<由[1]P202图10-18> 得

    

（4）计算弯曲疲劳许用应力

取弯曲疲劳安全系数S=1.5  <由[1]P202式(10-12)>得

（5）查取齿型系数YFα 应力校正系数YSα

<由[1]P197表10-5> 得

   

    

（7）计算大小齿轮的 并加以比较

比较

<

所以大齿轮的数值大，故取0.014254。

（五）计算

=0.953mm

取m=1,则足以抗拒不确定恶劣环境带来的影响。

（六）分析对比计算结果

对比计算结果，取=2.0已可满足齿根弯曲强度。但为了同时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度算得的d1＝46.8mm来计算应有的

 取50

 取125

（七）几何尺寸计算

1 计算中心距阿a

3 计算大小齿轮的分度圆直径d1、d2

      mm

mm

        4计算齿宽度

         B=mm

     取B1=50mm，B2＝45mm

5.2 齿轮结构设计设计

齿轮(包括圆柱齿轮和锥齿轮)的主参数，如齿数、模数、齿宽、齿高、螺旋角、分度圆直径等，是通过强度计算确定的，而结构设计主要确定轮辐、轮毂的形式和尺寸。齿轮结构设计时，要同时考虑加工、装配、强度、回用等多项设计准则，通过对轮辐、轮毂的形状、尺寸进行变换，设计出符合要求的齿轮结构。齿轮的直径大小是影响轮辐、轮毂形状尺寸的主要因素，通常是先根据齿轮直径确定合适的结构形式，然后再考虑其他因素对结构进行完善，有关细部结构的具体尺寸数值，可参阅相关手册。

齿轮结构可分成四种基本形式：
  1、齿轮轴
  对于直径很小的齿轮，如果从键槽底面到齿根的距离xx≤2.5，锥齿轮x≤1.6m、m

值得注意的是，齿轮轴虽简化了装配，但整体长度大，给轮齿加工带来不便，而且，齿轮损坏后，轴也随之报废，不利于回用。故当x(圆柱齿轮)或xm(锥齿轮)时，应将齿轮与轴分开制造。＞1.6＞2.5为模数)，则此处的强度可能不足，易发生断裂，此时应将齿轮与轴做成一体，称为齿轮轴，齿轮与轴的材料相同。，过小(如圆柱齿轮

  

 (a)圆柱齿轮轴            (b)锥齿轮轴

图4-1 齿轮轴

2、实心式齿轮

当轮辐的宽度与齿宽相等时得到实心式齿轮结构(图3-24)，它的结构简单、制造方便。

适用条件：

 (a)齿顶圆直径da≤200mm；(b)对可靠性有特殊要求；(c)高速转动时降低噪声。
  为便于装配和减少边缘应力集中，孔边及齿顶边缘应切制倒角。对于锥齿轮，轮毂的宽度应大于齿宽，以利于加工时装夹。

      

(a)实心式圆柱齿轮       (b)实心式锥齿轮

图4-2 实心式齿轮

3、腹板式齿轮

当齿顶圆直径damm时，可做成腹板式结构，以节省材料、减轻重量。考虑到加工时夹紧及搬运的需要，腹板上常对称的开出4～6个孔。直径较小时，腹板式齿轮的毛坯常用可锻材料通过锻造得到，批量小时采用自由锻，批量大时采用模锻(图3-26。直径较大或结构复杂时，毛坯通常用铸铁、铸钢等材料铸造而成(图3-27。对于模锻和铸造齿轮，为便于起模，应设计必要的拔模斜度和较大的过渡圆角。))＞200～500

(a)自由锻圆柱齿轮

(b)自由锻锥齿轮

图4-3 腹板式自由锻齿轮

  4、轮辐式齿轮
  当齿顶圆直径da＞400～1000 mm时，为减轻重量，可做成轮辐式铸造齿轮，轮辐剖面常为"+"字形。

图4-4 轮幅式铸造齿轮

由上分析可知，本文中所设计的大齿轮采用腹板式结构，小齿轮采用实心式结构，

图4-5 小齿轮结构

图4-6 大齿轮