锥齿轮计算

3.3.2 主减速器锥齿轮的主要参数选择
a)主、从动锥齿轮齿数z1和z2
选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素；
为了啮合平稳、噪音小和具有高的疲劳强度，大小齿轮的齿数和不少于40在轿车主减速器中，小齿轮齿数不小于9。

查阅资料，经方案论证，主减速器的传动比为6.33，初定主动齿轮齿数z1=6，从动齿轮齿数z2=38。

b）主、从动锥齿轮齿形参数计算
按照文献[3]中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表3-1。

从动锥齿轮分度圆直径d m2取d m2=304mm
齿轮端面模数22
===
m d z
/304/388
表3-1主、从动锥齿轮参数
c）中点螺旋角β
弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的。

拖拉机主减速器弧齿锥齿轮螺旋角的平均螺旋角一般为35°～40°。

拖拉机选用较小的β值以保证较大的εF，使运转平稳，噪音低。

取β=35°。

d）法向压力角α
法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数，也可以使齿轮运转平稳，噪音低。

对于拖拉机弧齿锥齿轮，α一般选用20°。

e) 螺旋方向
从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。

主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。

螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。

当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。

3.4 主减速器锥齿轮的材料
驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。

因此，传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。

主减速器锥齿轮的材料应满足如下的要求：
a）具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面高的硬度以保证有高的耐磨性。

b）齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。

c）锻造性能、切削加工性能以及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。

d）选择合金材料是，尽量少用含镍、铬呀的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。

拖拉机主减速器锥齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。

渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层（一般碳的质量分数为0.8%～1.2%），具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性。

因此，这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。

由于钢本身有较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。

其主要缺点是热处理费用较高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗碳层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。

为改善新齿轮的磨合，防止其在余兴初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理以及精加工后，作厚度为0.005～0.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。

对齿面进行应力喷丸处理，可提高25%的齿轮寿命。

对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。

3.5 主减速器锥齿轮的强度计算
3.5.1 单位齿长圆周力
按发动机最大转矩计算时
P=
d emax g f 312
2k T ki i η
×10nD b
（3-4） 式中：
i g —变速器传动比，常取一挡传动比，i g =7.48 ；
D 1—主动锥齿轮中点分度圆直径mm ；D 1=64mm 其它符号同前；
将各参数代入式（3-4），有：
P=856 N/mm
按照文献[1],P ≤[P]=1429 N/mm ，锥齿轮的表面耐磨性满足要求。

3.5.2 齿轮弯曲强度
锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为：
w
σ =
30s m
v s w
2Tk k k ×10k m bDJ
（3-5）
式中：
w σ—锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力，MPa ；
T —齿轮的计算转矩，Nm ；
k 0—过载系数，一般取1； k s —尺寸系数，0.682；
k m —齿面载荷分配系数，悬臂式结构，k m =1.25； k v —质量系数，取1；
b —所计算的齿轮齿面宽；b=47mm
D —所讨论齿轮大端分度圆直径；D=304mm J w —齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取0.03；
对于主动锥齿轮， T=1516.4 Nm ；从动锥齿轮，T=10190Nm ； 将各参数代入式（3-5），有：
主动锥齿轮，w σ =478MPa ；
从动锥齿轮，w σ =466MPa ；
按照文献[1], 主从动锥齿轮的w σ≤[w σ]=700MPa ，轮齿弯曲强度满足要求。

3.5.3 轮齿接触强度
锥齿轮轮齿的齿面接触应力为：
σj
（3-6）
式中：
σj—锥齿轮轮齿的齿面接触应力，MPa；
D1—主动锥齿轮大端分度圆直径，mm；D1=64mm
b—主、从动锥齿轮齿面宽较小值；b=47mm
k f—齿面品质系数，取1.0；
c p—综合弹性系数，取232N1/2/mm；
k s—尺寸系数，取1.0；
J j—齿面接触强度的综合系数，取0.01；
T z—主动锥齿轮计算转矩；T z=1516.4N.m
k0、k m、k v选择同式（3-5）
将各参数代入式（3-6），有：
σj=2722MPa
按照文献[1]，σj≤[σj]=2800MPa，轮齿接触强度满足要求。