机械课程设计圆柱齿轮设计传动零件的设计计算.docx

机械课程设计圆柱齿轮设计传动零件的设计计算 五、传动零件的设计计算 1设计高速级齿轮 1）选精度等级、材料及齿数 (1) 确定齿轮类型：选用标准直齿锥齿轮齿轮传动，压力角取20°。 (2) 材料选择：由表10-1，选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS ，大齿轮材料为45钢（正火），硬度为200HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。 (3) 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 (4) 选小齿轮齿数（一般初选20-25）Z 124，大齿轮齿数Z 2i 高×Z 14.816×24=115.584，圆整取Z 2=115。 2）按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式1029进行试算，即 3 22 1 1)(u )5.01(92.2H E R R t t Z T k d ?-? 确定公式各计算数值(公式中u= i 高) (1) 试选载荷系数3.1=t K (2) 小齿轮传递的转矩T 1 T 1=T 出=2.679×104 (N ·mm) （注：见“四、传动装置的运动和动力参数的计算”） (3) 选取齿宽系数3.0=R (4) 由表105查得材料的弹性影响系数：Z E =189.8MPa 1/2 由图10-20查的区域载荷系数标准直齿圆锥齿轮传动 Z H =2.5 (5) 由图1025d 查得 小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa 550Hlim1= 由图1025c 查得 大齿轮的接触疲劳强度极 MPa 450Hlim2= (6) 由式10-15计算应力循环次数 =?=)1030082(11440606011h jL n N 4.147×109 =高12/i N N 8.611×108 (7) 由图1023曲线1查得接触疲劳强度寿命系数 95.0,90.021=HN HN K K (8) 计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式1014得 MPa 4951550 90.0S Hlim1 HN1H1=?= = K MPa 5.4271 450 95.0S Hlim2 HN2H2=?= = K (9) 试算小齿轮分度圆直径t d 1，代入H 中的较小值 3 22 1 1) (u )5.01(92.2H E R R t t Z T k d ?-? mm 707.54)5.4278.189(4.816 )3.05.01(3.0267903.192.23 2 2 =?-? = (10) 计算圆周速度V mm 501.46) 3.05.01(707.54)5.0-1（d 11=?-?=mm d R t m s m n d v /506.31000 601440 501.461000 601 1m =?= ?= (11) 计算齿宽b mm d b t R 303.402/)1816.4707.543.0(2/)1u (221=+?=+= (12) 计算当量齿轮的齿宽系数d 867.0501.46/303.40/1d =m d b (13) 计算载荷系数K 根据v= 3.506 m/s ，7级精度，由图108查得动载荷系数Kv= 1.12 假设mm N b F K t A /100/<，由表103查得 1=F H K K 由表102查得使用系数K A =1 由表104查得 326 .1303.401023.0867.0)867.06.01(18.012.11023.0)6.01(18.012.1322322=?+?+?+=?+=-b K d d H 故载荷系数 485.1326.1112.11=?=H H v A K K K K K (14) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1012得 mm K K d d t t 188.573.1/485.1707.54/33 11=?=? = (15) 计算模数 383.224/188.57/11=Z d m 3）按齿根弯曲强度设计 由式1027得弯曲强度的设计公式为 3 22 121 t 1 )5.01(F S F R R Ft Y Y u Z T K m ? +- 确定公式内的计算数值 (1) 试选K Ft =1.3 由分锥角?=730.11)816.4/1arctan()/1(arctan 1u 和?=?=270.78730.11-902，可得当量齿数 512.24)730.11cos(/24/cos z z 111=?=v ，667.565)270.78cos(/115/cos z z 222=?=v (2) 由图1024c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa im F 3801l = 由图1024b 查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa F 3602lim = (3) 由图1022查得弯曲疲劳寿命系数 91.0,88.021=FN FN K K (4) 计算弯曲疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1.7，由式1012得 MPa S K F FN F 706.1967 .1380 88.01lim 11=?= MPa S K F FN F 706.1927 .1360 91.02lim 22=?= (5) 查取齿形系数 由图1017查得 62.21=Fa Y ，11.22=F Y (6) 取应力校正系数 由图1018查得 59.11=Sa Y 89.12=S Y (7) 计算大小齿轮的 F Sa Fa Y Y ，并比较 0207 .0706 .19289 .111.20212 .0706.19659 .162.2222111=?=?=F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y (8) 设计计算 3 2 2 121 t 1)5.01(F S F R R Ft Y Y u Z T K m ? +- mm 063.10212 .01 816.424)3.05.01(3.010679.23.13 2 2 2 4 =?+? ?-?= 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取由齿根弯曲强度算得的模数m=1.063mm ，并就近圆整为标 准值m 1.25mm 。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d 1=57.188 mm 来计算应有的齿数。于是有Z 1=d 1/1.25=45.750，取Z 1=46 大齿轮齿数536.22146816.41高2=?=Z i Z 取2212=Z 4）几何尺寸计算 (1) 计算分度圆直径 25 .27625.12215.5725.1462211=?=?=m Z d m Z d (2) 计算分锥角 '28"45117579.11)221/46arctan()/1(arctan 1?=?=u '32"'28"14884511-902?=?= (3) 计算齿宽 mm d b d 853.495.57867.01=?= 取mm 50b b 21= 4）验算 N d T F t 826.9315 .5710679.2224 1 1 =?= mm N mm N b F K t A /100/636.1850 826 .9311<=?= 合适 2设计低速级齿轮 1）选精度等级、材料及齿数 (1) 确定齿轮类型：两齿轮均取为渐开线标准直齿圆柱齿轮。 (2) 材料选择：小齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS ，大齿轮材料为45钢（正火），硬度为200HBS ，二者材料硬度差为40HBS 。 (3) 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。 (4) 选小齿轮齿数（一般初选23-30）Z 328，大齿轮齿数Z 4i 低×Z 33.705×28=103.74，圆整取Z 4=103。 2）按齿面接触疲劳强度设计 由设计计算公式109a 进行试算，即 3 2 11) (132.2H E d t t Z u u T k d +? 确定公式各计算数值(公式中u= i 低) (1) 试选载荷系数3.1=t K (2) 小齿轮传递的转矩T 3 T 3=T 出=1.239×105 (N ·mm) （注：见“四、传动装置的运动和动力参数的计算”） (3) 由表107选取齿宽系数1=d (4) 由表106查得材料的弹性影响系数：Z E =189.8MPa 1/2 (5) 由图1025d 查得 小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa 550Hlim3= 由图1025c 查得 大齿轮的接触疲劳强度极 MPa 450Hlim4= (6) 由式10-15计算应力循环次数 83310611.8)1030082(1003.2996060?=?=h jL n N 88低3410324.2705.3/10611.8/?=?=i N N (7) 由图1023曲线1查得接触疲劳强度寿命系数 95.0,90.043=HN HN K K (8) 计算接触疲劳强度许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1，由式1014得 MPa 4951550 90.0S Hlim3 HN3H3=?= = K MPa 5.4271 450 95.0S Hlim4 HN4H4=?= = K (9) 试算小齿轮分度圆直径t d 3，代入H 中的较小值 mm Z u u T k d H E d t t 553.795.4278.189705.3705.4110239.13.132.2) (132.23 2 53 2 3 3=? ? =+? (10) 计算圆周速度V s m n d v t /245.11000 60003 .299553.791000 603 3=?= ?= (11) 计算齿宽b mm d b t d 553.79553.7913=?= (12) 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 mm z d m t t 841.228 553 .7933= 齿高 mm m h t 392.6841.225.225.2=?= 446.12392 .6553.79=h b (13) 计算载荷系数K 根据v=1.245 m/s ，7级精度，由图108查得动载荷系数Kv= 1.04 假设mm N b F K t A /100/<，由表103查得 1=F H K K 由表102查得使用系数K A =1 由表104查得 426 .1553.791023.01)16.01(18.012.11023.0)6.01(18.012.13 2 2 322=?+?+=?+=-b K d d H 由图1013查得 320.1=F K 故载荷系数 483.1426.1104.11=?=H H v A K K K K K (14) 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1012得 mm K K d d t t 123.833.1/483.1553.79/33 33=?=? = (15) 计算模数 969.228/123.83/33=Z d m 2）按齿根弯曲强度设计 由式105得弯曲强度的设计公式为 3 2 11 2F S F d Y Y Z KT m ? 确定公式内的计算数值 (1) 由图1024c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa F 3801lim = 由图1024b 查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限 MPa F 3602lim = (2) 由图1022查得弯曲疲劳寿命系数 91.088.043=FN FN K K (3) 计算弯曲疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数为S=1.4，由式1012得 MPa S K FE FN F 857.2384 .1380 88.0333=?= MPa S K FE FN F 000.2344 .1360 91.0444=?= (4) 计算载荷系数 373.1320.1104.11=?=F F V A K K K K K (5) 查取齿形系数 由图1017查得 62.23=Fa Y ，11.24=F Y (6) 取应力校正系数 由图1018查得 59.13=Sa Y 89.14=S Y (7) 计算大小齿轮的 F Sa Fa Y Y ，并比较 0170 .0000 .23489 .111.20174 .0857.23859 .162.2444333=?=?=F Sa Fa F Sa Fa Y Y Y Y (8) 设计计算 mm Y Y Z KT m F S F d 962.1857.23859.162.228110239.1373.12 232 5 3 2 33=?=? 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取由弯曲强度算得的模数m=1.962mm ，并就近圆整为标准值m 2mm 。但为了同时满足接触疲劳强度，须按接触疲劳强度算得的分度圆直径d 3=83.123mm 来计算应有的齿数。于是有Z 3=d 3/m=83.123/2=41.562，取Z 3=42 大齿轮齿数61.15542705.33低4=?=Z i Z 取1552=Z 3）几何尺寸计算 (1) 计算分度圆直径 310 215584 2424433=?=?=m Z d m Z d (2) 计算齿根圆直径 305 )5.2155(2)5.2(79 )5.242(2)5.2(4433=-?=-=-?=-=Z m d Z m d f f (3) 计算中心距 mm d d a 1972/)31084(2/)(43=+=+= (4) 计算齿宽 mm d b d 848413=?= 取mm B 913= mm B 84b 4= 4）验算 N d T F t 295084 10239.1225 3 3 =?= = mm N mm N b F K t A /100/119.3584 2950 1<=?= 合适