直齿圆柱齿轮的结构设计

目录

摘要 (2)

一引言 (3)

二齿轮的设计计算 (4)

2.1 选择材料、热处理方法及精度等级 (4)

2.2 齿面接触疲劳强度设计齿轮 (4)

2.3主要参数选取及几何尺寸计算 (5)

2.4 .齿轮结构设计 (5)

三绘制齿轮图、零件图、三维造型 (7)

四结束语 (8)

五参考文献 (9)

摘要

齿轮是广泛应用于机械设备中的传动零件。它的主要作用是传递运动、改变方向和转速。根据齿轮的工况，合理的设计齿轮的结构，使得齿轮传动平稳有足够的强度。通过强度计算、材料的选择、热处理方法精度选择、几何尺寸计算。考虑齿面接触疲劳强度和齿根曲面疲劳强度得出齿轮的结构。

关键词：齿轮传动、齿轮精度、热处理、疲劳强度

一引言

随着我过工业的发展，齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。它的结构设计随着工业的需要而改变。齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济性等因素有关。进行齿轮的结构设计时，必须综合地考虑上述各方面的因素。通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据荐用的经验数据，进行结构设计。

随着科技技术的不断进步，生产都向着自动化、专业化和大批量化的方向发展。这就要求企业的生产在体现人性化的基础上降低工人的生产强度和提高工人的生产效率，降低企业的生产成本。现代的生产和应用设备多数都采用机电一体化、数字控制技术和自动化的控制模式。在这种要求下齿轮零件越发体现出其广阔的应用领域和市场前景。特别是近年来与微电子、计算机技术相结合后，使齿轮零件进入了一个新的发展阶段。在齿轮零部件是最重要部分，因需求的增加，所以生产也步入大批量化和自动化。

为适应机械设备对齿轮加工的要求，对齿轮加工要求和技术领域的拓展还需要不断的更新与改进。

二齿轮的设计计算

2.1 选择材料、热处理方法及精度等级

齿轮传动的承载能力主要取决于轮齿的材料和几何尺寸，因此，选择适宜的材料及热处理方法是齿轮设计的一个重要环节。

选择轮齿的材料及热处理方法：1）使材料具有较好的抗失效性能，齿面具有足够的硬度和耐磨性，以使齿面有叫好的抗点蚀、胶合、磨损和抗塑性变形的能力；齿体具有较高的弯曲强度和冲击韧性，以保证在变载荷和冲击载荷下不致断齿。2）齿体材料还要具有良好的工艺性，易于锻造、铸造、切削和热处理等性能，以达到所需要的精度等级及表面粗糙度。

齿轮材料为：45号钢，正火处理，HB=200

初选精度等级7级。

选择载荷系数K=1.6

选择齿宽系数φ=0.6

2.2 齿面接触疲劳强度设计齿轮

齿面接触疲劳强度计算是为了防止齿面疲劳点蚀。疲劳点蚀是由于传动过程中齿面受接触应力反复作用所致。

令，称为节点区域系数。

齿面接触疲劳强度的校核

齿面接触疲劳强度设计

设齿宽系数，并将代入上式，则得齿面接触疲劳强度的设计

2.3主要参数选取及几何尺寸计算

模数 m=5 齿数 Z=40 α=20

分度圆直径 D=m*z

基圆直径 Db=d*cosα

齿顶高 Ha=m*Ha*

齿根高 Hf=(Ha*+C*)*m

齿全高 H=Ha+Hf

齿顶圆直径 Da=D+2*Ha

齿根圆直径 Df=D-2*Hf

2.4 .齿轮结构设计

齿轮采用锻造毛坯的腹板结构

因为齿顶圆直径d a<500mm，做成腹板式结构（下图），腹板上开孔的数目按结构尺寸大小及需要而定。

轴孔直径 d=φ*50

轮毂直径 D1=1.6*D

轮毂长度 L=B=φd*D 轮缘厚度取ξ=10mm 腹板厚度取C=40mm 腹板孔直径取D0=35mm 齿轮倒角 n=0.5*m

三绘制齿轮图、零件图、三维造型

四结束语

在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。齿轮是工业生产中的重要基础零件，其加工技师和加工能力反映一个国家的工业水平。实现齿轮加工数控倾和自动化、加工和检测的一体化是目前齿轮加工的发展趋势。齿轮被广泛地应用于机械设备的传动系统中。CNC机床和工艺技术的发展,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品发展的重要趋势。

中国齿轮产品经过近10年的发展取得了长足的进步,不少产品已达到或接近国际先进水平,但仍有相当大一部分齿轮与变速箱产品,在振动噪声与疲劳寿命方面与国际先进水平差距明显,而这又与齿轮材料与热处理装备及工艺水平息息相关。

五参考文献

[1] 张建民等.机电一体化系统设计.北京:北京理工大学出版社,2006

[2] 陈庭吉.机械设计基础[M].北京：机械工业出版社，2006

[3] 孙岩等.机械设计课程设计[M].北京:北京理工大学出版社，2007

[4] 范思冲. 机械基础[M].北京：机械工业出版社，1999

[5] 李华敏等《齿轮机构设计与应用》（第一版）机械工业出版社。

2007