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 1＝24，大齿轮齿数Z 2＝i 高×Z 1＝4.816×24=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10－29进行试算，即

3

22

1

1)][(u )5.01(92.2H

E

R R t t Z

T k d σ⋅Φ-Φ⋅

≥ 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 Ⅰ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 φ

(4) 由表10—5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10—25d 查得

小齿轮的接触疲劳强度极限

MPa 550Hlim1=σ

由图10—25c 查得

大齿轮的接触疲劳强度极

MPa 450Hlim2=σ

(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10－23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10－14得

MPa 4951550

90.0S

][Hlim1

HN1H1=⨯=

=

σσK

MPa 5.4271

450

95.0S

][Hlim2

HN2H2=⨯=

=

σσK

(9) 试算小齿轮分度圆直径t d 1，代入][H σ中的较小值

3

22

1

1)]

[(u )5.01(92.2H E R R t t Z

T k d σ⋅Φ-Φ⋅

≥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=⨯-⨯=Φ=mm d R t m s m n d v /506.31000

601440

501.461000

601

1m =⨯⨯⨯=

⨯=

ππ

(11) 计算齿宽b

mm d b t R 303.402/)1816.4707.543.0(2/)1u (221=+⨯⨯=+=φ

(12) 计算当量齿轮的齿宽系数Φd

867.0501.46/303.40/1d ===Φm d b

(13) 计算载荷系数K

根据v= 3.506 m/s ，7级精度，由图10－8查得动载荷系数Kv= 1.12 假设mm N b F K t A /100/<，由表10－3查得

1==ααF H K K

由表10－2查得使用系数K A =1

由表10－4查得

326

.1303.401023.0867.0)867.06.01(18.012.11023.0)6.01(18.012.1322322=⨯⨯+⨯⨯+⨯+=⨯+++=--b

K d d H φφβ故载荷系数

485.1326.1112.11=⨯⨯⨯==βαH 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10－12得

mm K K d d t t 188.573.1/485.1707.54/33

11=⨯=⨯

=

(15) 计算模数ｍ

383.224/188.57/11===Z d m

3）按齿根弯曲强度设计

由式10－27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 σα

α⋅

+Φ-Φ≥

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 δ和︒=︒︒=270.78730.11-902δ，可得当量齿数

512.24)730.11cos(/24/cos z z 111=︒==δv ，667.565)270.78cos(/115/cos z z 222=︒==δv

(2) 由图10－24c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

MPa im F 3801l =σ

由图10－24b 查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限

MPa F 3602lim =σ