哈工大机械设计大作业(齿轮)5.1.4

哈尔滨工业大学
机械设计作业设计计算说明书
题目: 齿轮传动设计
系别:
班号:
姓名:
日期:
哈尔滨工业大学
一、设计任务
原始数据如下：
有冲击，室内工作，机器成批生产
二、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级
带式输送机为一般机械，且要求成批生产，故毛坯需选用模锻工艺，起模斜度为1:10。

大小齿轮均选用45号钢，采用软齿面。

由教材表6.2查得：
小齿轮调质处理，齿面硬度为217 225HBS ，平均硬度236HBS ； 大齿轮调质处理，齿面硬度为217 225HBS ，平均硬度236HBS 。

大、小齿轮齿面平均硬度差为46HBS ，属于30 50HBS 范围内，因此选用8级精度。

三、初步计算主要尺寸
因为齿轮采用软齿面开式传动，开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损，因此初步确定按齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动主要参数和尺寸。

齿根弯曲疲劳强度设计公式:
m ≥
式中 F Y ——齿形系数，反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力F σ的影响
s Y ——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。

Y ε——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
[]F σ——许用齿根弯曲应力
1.小齿轮传递的转矩1T
61
11
9.5510P T n =⨯⨯
112m P P ηη=
式中 1η——齿轮的传动效率
2η——滚动轴承的效率
由参考文献2表9.1得，取10.97η=，20.99η=，代入上式，得
1120.970.99 2.2 2.11d P P kW ηη==⨯⨯=
故
66111 2.11
9.55109.551045017940/2.1p T N mm n =⨯⨯
=⨯⨯=⋅
2.载荷系数t K 的确定 初取载荷系数 1.4t K =。

3.齿宽系数d φ的确定
由教材表6.6，选取齿宽系数 1.0d φ=。

4.齿数的初步确定
初选小齿轮117Z =
设计要求中齿轮传动比1940
5.59522.180
m w n i i n ===⨯⨯ 故
21 5.59521795.12Z i Z =⨯=⨯=
圆整后，取295Z =此时传动比误差：
95
5.595217|
|100%||0.12%5%5.5952
i i i
ε-
-=⨯==≤ 5.齿形系数F Y 和应力修正系数s Y
由教材图6.20查得
齿形系数1 2.97F Y =，2 2.22F Y =
由教材图6.21查得
应力修正系数1 1.52s Y =，2 1.78s Y =
6.重合度系数Y ε的确定
对于标准外啮合齿轮传动，端面重合度计算公式：
12
11[1.88 3.2(
)]z z αε=-+ 把117z =，295z =代入上式得
121111
1.88 3.2() 1.88 3.2() 1.65811795z z αε⎡⎤=-+=-⨯+=⎢⎥⎣
⎦
根据经验公式，确定重合度系数
0.75
0.75
0.250.250.70231.6581
Y εα
ε=+
=+
=
7.许用弯曲应力的确定
lim
[]N F F F
Y S σσ=
式中
lim F σ——齿轮的齿根弯曲疲劳极限应力；
F S ——安全系数；
与疲劳点蚀相比，断齿的后果要严重一些。

所以，一般取F S =1.25
由教材图6.29（f ）取弯曲疲劳极限应力
lim1lim2230F F MPa σσ==
由教材表6.7，取安全系数 1.25F S =
小齿轮与大齿轮的应力循环次数可按下式计算
1160h N n aL =
式中 n 1 ——齿轮转速r/min ；
a
——齿轮每转一周同一侧齿面啮合的次数；
h L ——齿轮的工作寿命h （小时）
代入数值，小齿轮大齿轮的应力循环次分别为
811609401822505
60 5.371102.1
h N n aL ⨯⨯⨯⨯⨯⨯===⨯
8
712 5.371109.60105.5952
N N i ⨯===⨯
由教材图6.32 得，弯曲疲劳强度寿命系数12 1.0N N Y Y ==。

故弯曲应力 1lim11 1.0230
[]1841.25
N F F F Y MPa S σσ⨯=
== []2lim22 1.0230
1841.25
N F F F Y MPa S σσ⨯=
==
111 2.74 1.55
0.0265[]160F s F Y Y σ⨯==
111 2.97 1.52
0.0196[]230F s F Y Y σ⨯===
[]22
2
2.22 1.78
0.0172230
F s F Y Y σ⨯=
=
所以
11
1
0.0196[][]F s F s F F Y Y Y Y σσ== 8.初算模数
按齿根弯曲疲劳强度的设计计算公式得：
1.82t m ≥
=
对于开式齿轮传动，为考虑齿面磨损，要将计算所得模数m 增大10%~15%,故:
1.82(115%)
2.10t m ≥⨯+=
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，由教材表6.3查得 1.0A K =
11
11
3.14 2.1017940/2.1
0.837m/s 601000
601000
601000
d n mz n v ππ⨯⨯⨯=
=
=
=⨯⨯⨯
由教材图6.7得动载荷系数 1.06v K = 由教材图6.12得齿向载荷分布系数 1.12K β=
由教材表6.4得齿间载荷分布系数1.1=αK ，则
1.0 1.06 1.12 1.1 1.306A v K K K K K βα==⨯⨯⨯=
2.修正m
对t m 进行修正，并圆整为标准模数
2.10 2.05m m === 由教材表6.1，圆整取第一系列标准模数 2.5m =。

3.计算传动尺寸
中心距 12() 2.5(1795)14022
m z z a mm +⨯+=
==，不需要圆整。

所以
11 2.51742.5d mz mm ==⨯=
22 2.595237.5d mz mm ==⨯=
1 1.042.542.5d b d mm ϕ=⨯=⨯= 取 145b mm =，238b mm =。

五、大齿轮结构尺寸的确定
1.齿轮结构型式的确定
齿顶圆直径222(2)(952) 2.5242.5a a d d h z m mm =+=+=+⨯= 为了减小齿轮重量、转动惯量和节约材料，采用模锻腹板式结构。

2.轮毂孔径的确定
大齿轮轮毂孔径是根据与孔相配合的轴径确定，按扭矩初算轴径
[]
33
6
2.01055.9n
P C n P
d ⋅=⨯≥
τ
式中
d ——轴的直径；
τ——轴剖面中最大扭转剪应力MPa ； P ——轴传递的功率kW ； n ——轴的转速r/min;
[]τ——许用扭转剪应力MPa;
C ——由许用扭转剪应力确定的系数；
根据教材表9.2查得C=118～106，取C=110， 所以
11032.74d C mm ≥==
本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大5%，即
32.74(15%)34.78d mm =⨯+=
将计算尺寸圆整，取35d mm =。

根据参考文献表11.27（GB/T1096—2003），键的公称尺寸108b h mm ⨯=⨯，轮毂上键槽的宽度10b mm =，135 3.338.3d t mm +=+=。

3.齿轮结构尺寸的确定
小齿轮主要尺寸：
35h d mm =，45b mm =，242.5a d mm =； 111.6 1.64064D d mm ==⨯=，取165D mm =； 210237.510 2.5212.5a D d m mm =-=-⨯=；
0120.5()0.5(65212.5)138.75D D D mm ≈+=⨯+=，取0140D mm =； (1.2~1.5)k L d = =4252.5mm ，取50L mm =；
(0.2~0.3)9~13.5c b mm ==，取12c mm =；
0(2.5~4) 6.2510m mm δ== ，取010mm δ=；
0210.25()0.25(212.565)36.875d D D mm =-=⨯-=，取036d mm =；
六 参考文献
[1] 机械设计陈铁鸣等主编哈尔滨工业大学出版社 2006
[2] 机械设计课程设计王连明 宋宝玉主编 哈尔滨工业大学出版社2005 [3] 机械原理 王知行 邓宗全主编 高等教育出版社2006
[4] 画法几何及机械制图金铃刘玉光李利群主编黑龙江人民出版社2003。