直齿圆柱齿轮设计步骤

直齿圆柱齿轮设计

1.齿轮传动设计参数的选择

齿轮传动设计参数的选择：

1）压力角α的选择

2）小齿轮齿数Z1 的选择

3）齿宽系数d 的选择

齿轮传动的许用应力

精度选择

压力角α的选择

由《机械原理》可知，增大压力角α，齿轮的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的压力角为α=20o。为增强航空有齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国航空齿轮传动标准还规定了α=25o的标准压力角。但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近2 的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为1～1.2 ，压力角为16 o～18 o的齿轮，这样做可增加齿轮的柔性，降低噪声和动载荷。

小齿轮齿数Z1 的选择

若保持齿轮传动的中心距α不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合的可能性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低齿轮的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。

闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小一些为好，小齿轮的齿数可取为z1=20 40。开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不亦选用过多的齿数，一般可取

z1=17 20。

为使齿轮免于根切，对于α=20o的标准支持圆柱齿轮，应取z1≥17。Z2=u·z1。

齿宽系数 d 的选择

由齿轮的强度公式可知，轮齿越宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适合。圆柱齿轮齿宽系数的荐用

值列于下表。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为

所以对于外捏合齿轮传动a的值规定为0.2 ，0.25 ，0.30 ，0.40 ，0.50 ，0.60 ，

0.80 ，1.0 ，1.2 。运用设计计算公式时，对于标准减速器，可先选定再用上式计算出相应的 d 值

d

注：1)大、小齿轮皆为硬齿面时d应取表中偏下限的数值；若皆为软齿面或仅大齿轮为软齿面时 d 可取表中偏上限的数值；

2)括号内的数值用于人自齿轮，此时b 为人字齿轮的总宽度；

3) 金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，d可小到0.2 ；

4) 非金属齿轮可取d≈0.5 ～1.2 。

齿轮传动的许用应力齿轮的许用应力[σ] 按下式计算

式中参数说明请直接点击

疲劳安全系数S

对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后只引起噪声、振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取S=S H=1。但是，如果一旦发生断齿，就会引起严重的事故，因此在进行齿根弯曲疲劳强度的计算时取S=S F=1.25 1.5.

寿命系数K N

弯曲疲劳寿命系数K FN，查图1

接触疲劳寿命系数K HN，查图2 图中N=60njL h n——齿轮转速(rpm), N——齿轮工作应力循环次数j ——齿轮每转一圈时，同一齿面啮合数L h——为齿轮的工作寿命( h)

珠光体黑色可银铸铁；锅；1 一调质钢，珠光体、贝氏作球星铸铁，

2 一镇联淬火用，火焰或感应表面淬火

3 一氨化的调质钢或氯化钢，铁索作球

＊铸铁，结构纲．灰铸铁；

4 一碳氮共修的调质钢图1 ：弯曲疲劳寿命系数K FN

1 —结构钢．调质钢，珠光作、 珠光体黑色可依

铸

2 —材料同 1 ，不允许出现点

3 —灰铸铁，铁素作球墨铸

4 —联氛共修的调质钢

齿轮疲劳数极限 lim 齿轮精度选择

齿轮精度选择各类机器所用齿轮传动的精度等级范围， 列于下表中， 按载荷及速 度推荐的齿轮传动精度等级如 下图 所示。

机器名称

精度等级

机器名称

精度等级

汽轮机

拖拉机

图 接触疲劳寿命系数 K HN

贝氏作球墨铸铁， 扶，掺假淬火锅（允

许一定点蚀）； 蚀； 铁，氯化的调质钢

或氨化钢；

注：主传动齿轮或重要的齿轮传动，精度等级偏上限选择；辅助传动的齿轮或一般齿轮传动，精度等级居中或偏下限选择。

图：齿轮传动的精度选择圆柱齿轮传动

2. 齿轮常用材料:

齿轮材料的选择基本要求齿轮材料的选择原则

齿轮材料的选择基本要求：齿面要硬，齿心要韧

常用材料及机械性能如下表

表：常用材料及机械性能

注：40Cr钢可用40MnVB替代；20Cr、20CrMnTi钢可用20Mn2B或20MnVB替代

齿轮材料的选择原则:

齿轮材料的种类很多，在选择时应考虑的因素也很多，下述几点可供选择材料时参考：

1 ）齿轮材料必须满足工作条件的要求。例如，用于飞行器上的齿轮，要满足质量小、传递功率大和可靠性高的要求，因此必须选择机械性能高的合金银；矿山机械中的齿轮传动，一般功率很大、工作速度较低、周围环境中粉尘含量极高，因此往往选择铸钢或铸铁等材料；家用及办公用机械的功率很小，但要求传动平稳、低噪声或无噪声、以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作，因此常选用工程塑料作为齿轮材料。

总之，工作条件的要求是选择齿轮材料时首先应考虑的因素。

2 ）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。大尺寸的齿轮一般采用铸造毛坯，可选用铸钢或铸铁作为齿轮材料。中等或中等以下尺寸要求较高的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可选用圆钢作毛坯。