机械设计论文

机械设计论文

——关于蜗轮蜗杆设计及直齿圆柱齿轮设计的讨论

姓名：XXXXX

班级：XXXXXXXX

学号：XXXXXXX

时间：XX年XX月XX日

机械设计论文

题目：

关于蜗轮蜗杆设计及直齿圆柱齿轮设计的讨论

关键词：

课题一：功率、传动比、效率、导程角、当量摩擦角、蜗杆头数；

课题二：模数、齿数、中心距、接触应力、弯曲应力、传递功率。

摘要：

课题一：通过蜗杆传动效率将输入功率和输出功率联系起来，建立起关于所求量链轮直径D'的一元一次方程，最终求得链轮直径D'。用导程角和当量摩

擦角比较，确定蜗杆是否自锁。

课题二：运用机械辅助设计软件，根据题目要求计算出一系列直齿圆柱齿轮的方案。依据设计原则，通过比较选择接触应力、弯曲应力和传递功率较合

适的一对直齿圆柱齿轮。

课题一

一、题目

蜗轮滑车如图1所示，起重量F=10kN，蜗杆为双头，模数m=6.3mm，分度圆直径d l=63mm，蜗轮齿数Z2=40，卷简直径D=148mm，蜗杆传动的当量摩擦角v=0.1，轴承、溅油和链传动的功率损失为8％，工人加在链上的作用力F′=200N。

1）试求链轮直径D′，并验算蜗杆传动是否自锁。

2）如果改为单头蜗杆传动，结果如何？

3）分析上述两种方案的优缺点。

图1

二、题目分析及计算

解：

（1） 已知，Z 1=2，Z 2=40，n'=n 1 根据n

P T 55.9=可得55.9Tn P = %9255.92''%9255.9''%92'11⨯==

=n D F n T P P 55

.9455.92222⨯==FDn n T P %92''2''55.92%9255.941

21212n D F FDn n D F FDn P P =⨯⨯==η 传动比：202402112====

n n Z Z i 1

11tan d m Z q Z ==γ ︒=⨯==31.116323.6tan tan

11art d mZ art γ %25.65)

73.531.11tan(31.11tan )tan(tan 1=︒+︒︒=+=v ϕγγη 又%13.6096.096.06525.0321=⨯⨯==ηηηη

即%13.60%92'

2020021481010%92''2312=⨯⨯⨯⨯⨯=D n D F FDn 求得链轮直径 mm D 06.283'=

验算蜗杆是否自锁

197.031.11=︒=γ

即1.0197.0>=γ 所以，不能自锁

（2）若Z 1=1 则︒=⨯==71.563

13.6tan tan 11art d mZ art γ 即0.1<0.09967=γ 所以，可以自锁

（3）双头蜗杆的方案优点是导程大，效率高，能传递较大的功率；缺点是不能自锁，传动比小，加工起来比单头蜗杆困难。单头蜗杆的方案的优点是传动比大，易自锁，加工比较简单；缺点是导程小，工作效率低，传递功率较小。 进一步分析比较

当Z 1=1时，%41.4973.571.5tan(71.5tan )tan(tan '1=︒+︒︒=+=）

v ϕγγη %55.4596.096.04941.0''''321=⨯⨯==ηηηη

导程m Z P Z π1=

所以，当Z 1=1时，导程mm P Z 79.193.611=⨯⨯=π

当Z 1=2时，导程mm P Z 58.393.622=⨯⨯=π

三、结论

综上所述，可以得出以下结论：

单头蜗杆的传动比大，易自锁，但效率低，不宜用于传递功率较大的场合；双头蜗杆传动比小，导程较大，会给加工带来困难，但效率高，能传递更大的功率。

课题二

一、题目

标准直齿圆柱齿轮传动设计方案见表1，齿轮精度为5级，工作寿命30000(小时)，工作转速1440(r/min),传动平稳。分别选择软齿面材料（例如结构钢正火）和硬齿面材料（例如合金钢渗碳淬火），比较其承载能力，并分析产生这种结果的原因。圆柱齿轮传动设计中齿数选择应遵循的什么原则。

表1

二、题目分析及计算

运用机械辅助设计软件，计算结果（如表2所示）：

表2

分析：

《机械设计》中所介绍的圆柱齿轮传动设计中齿数选择应遵循以下原则：

1、每种齿制有一个最小齿数，是防止在滚齿时产生根切的，故必须大于最小齿数。如直齿圆柱齿轮的齿数不得小于17齿。

2、一对啮合齿轮的齿数最好互为质数，至少不能互为整数倍数，以免局部齿磨损严重，所以确定传动比就很重要。

3、在满足弯曲疲劳强度情况下，宜采用较多的齿数和较小的模数，以增加重合度，提高齿轮的传动平稳性，减少齿顶圆直径和齿轮重量，并减少金属切削量。

三、结论

根据计算分析，可得如下结论：

1、对于闭式软齿面齿轮传动，其主要失效形式是齿面疲劳点蚀，设计时首先从保证齿轮的接触强度出发来确定齿轮直径（或中心距）。这时齿轮的齿数主要影响齿轮的模数及弯曲疲劳强度。故其选择原则为：在满足弯曲强度条件下，齿数Z尽可能选大些，通常取Z

=20～40。

1

2、对于闭式硬齿面齿轮传动，其主要失效形式是轮齿折断，设计时首先从保证轮齿弯曲强度出发，确定齿轮的模数m，这时齿轮齿数直接影响齿轮结构尺寸的大小。因此选择原则为：在保证足够的接触疲劳强度的前提下，齿数不宜过≥17。

多，一般Z

1

3、从表1和表2的数据分析中可以看出，当中心距、传动比和螺旋角一定的情况下，模数越大，齿数越小；反之，齿数越多，模数就越小。齿数多能增加重合度，提高齿轮的传动平稳性，减少齿顶圆直径和齿轮重量，并减少金属切削量。但并不是齿数越多越好，齿数多了，相应的弯曲应力也急剧增大，即齿数越多，越容易达到弯曲极限，就越容易被折断。