哈工大机械设计大作业-轴系部件-5.1.3

一、设计题目

设计带式运输机中的齿轮传动：带式运输机的传动方案如下图所示，机器运行平稳、单向回转、成批生产，其他数据参见下方表格。

二、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级

考虑到带式运输机为一般机械，且仅有一级齿轮减速传动，故大、小齿轮均选用40Cr 合金钢，调质处理，采用软齿面。大小齿面硬度为241~286HBW，平均硬度264HBW。

由要求，该齿轮传动按8级精度设计。

三、初步计算传动主要尺寸

本装置的齿轮传动为采用软齿面开式传动，齿面磨损是其主要失效形式。其设计准则按齿根疲劳强度进行设计，并考虑磨损的影响将模数增大10%~15%。

齿根弯曲疲劳强度设计公式;

m≥

2KT1

ϕd z12

∙

Y F Y s Yε

[σ]F 3

式中Y F——齿形系数，反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力σF的影响。

Y s——应力修正系数，用以考虑齿根过度圆角处的应力集中和除弯曲应力以外的其它应力对齿根应力的影响。

Yε——重合度系数，是将全部载荷作用于齿顶时的齿根应力折算为载荷作用于单对齿啮合区上界点时的齿根应力系数。

[σ]F——许用齿根弯曲应力。

1.小齿轮传递的转矩

T1=9.55×106×P1 n1

p1=η1η2P d

根据参考文献[2]表9.1，取η1=0.96，η2=0.97。

由此

P1=η1η2P d=0.96×0.97×3=2.7936KW

T1=9.55×106×P1

n1

=9.55×106×

2.7936

960

2

=55581N∙mm

2.齿数Z的初步确定

为了避免根切，选小齿轮z1=17，设计要求中齿轮传动比i=n1

n w =960/2

110

=4.3636，故

z2=i×z1=4.3636×17=74.1818，取z2=75。

此时的传动比误差为

ε=i−i0

×100%=

4.3636−75/17

×100%=1.1%<5%

满足误差要求，故可用。

3.载荷系数K的确定

由于v值未知，K v不能确定，故可初选载荷系数K t=1.1~1.8，本设计中初选K t=1.4。

4.齿宽系数ϕd的确定

根据参考文献[1]表8.6，齿轮在轴承上为悬臂布置，软齿面，选取齿宽系数ϕd=0.35。

5.齿形系数Y F和应力修正系数Y s的确定

根据参考文献[1]图8.19，Y F1=2.95，Y F2=2.25。

根据参考文献[2]图8.20，Y s1=1.52，Y s2=1.76。

6.重合度系数Yε的确定

对于标准外啮合直齿圆柱齿轮传动，端面重合度

εα= 1.88−3.21

z1

+

1

z2

= 1.88−3.2

1

17

+

1

75

=1.6491

Yε=0.25+0.75

εα

=0.25+

0.75

1.6491

=0.72

7.许用弯曲应力[σ]F的确定

[σ]F=σFlim Y N

F

式中σFlim——计入了齿根应力修正系数之后,试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限应力，根据参考文献[1]图8.28，取σFlim1=σFlim2=300MPa。

S F——齿根弯曲强度计算的安全系数；与疲劳点蚀相比，断齿的后果更为严重，故一般取S F=1.25。

Y N——弯曲强度计算的寿命系数。

小齿轮与大齿轮的应力循环次数可按下式计算：

N=60na Lℎ

n——齿轮转速，r/min;

a——齿轮转一周，同一侧齿面啮合的次数；

Lℎ——齿轮的工作寿命，h；

因此，

N1=60×480×1×5×250×2×8=5.76×108ℎ

N2=N1

i

=

5.76×108

4.3636

=1.32×108ℎ

根据参考文献[1]图8.30，取Y N1=Y N2=1.0。因此，需用弯曲应力：

[σ]F1=[σ]F2=σFlim Y N

S F

=

300×1.0

1.25

=240MPa

根据参考文献[1]

Y F1Y S1

F1=

2.95×1.52

=0.01868

Y F2Y S2

F2=

2.25×1.76

=0.0165

因此，

Y F Y S [σ]F =max

Y F1Y S1

[σ]F1

,

Y F2Y S2

[σ]F2

=0.01868

综上，可初算模数：

m≥

2KT1

d1

2

∙

Y F Y s Yε

F

3

=

2×1.4×55581

×0.01868×0.72

3

=2.746mm

对于开式齿轮传动，为考虑齿面磨损，要将上式计算出来的模数m后，增大10%~15%，即m=1+15%×2.746=3.157mm

四、计算传动尺寸

1.计算载荷系数K

设计要求机器工作平稳，由参考文献[1]表8.3查得使用系数K A=1.00。