齿轮设计实例
齿轮传动设计计算实例.docx
各类齿轮传动设计计算实例例1设计铳床中的一对标准直齿圆柱齿轮传动。
C 知：传递功率P = 7.5kw .小齿轮转速 m=1450r/mm 、传动比< = 2.08.小齿轮相对轴乐为不对称布誉，两班制，毎年I •作300d （天），使用 期限为5a （年九解，（1）选择齿轮材料及粘度等级考應此对齿轮传递的功率不大，故大、小齿轮都选用软齿而。
小齿轮选用4OCr,调质•齿而峡度为240〜260HBS ；大齿轮选用45钢,调质，齿而硬度为220HBS （表8.5）•因是机床用齿轮,由表8.10选7精度,要求齿山丙1糙度R a < 1.6〜3.2“” .（2）按齿面接触疲劳强度设讣因两齿轮均为钢制齿轮,所以山（8.28）式得2叫S 誹确定冇关参数如下：1） 齿数乙和齿宽系数Pd収小齿轮齿轮勺=30,则大齿轮齿数z 2=i Zl =2.08x30 = 62.4・圆整z 2 = 62 o 实际传动比i 0 = — = — = 2.067◎ 30传动比误基 = 2 08-2.067 = 0 6%<2-5% 町用。
i2.08齿数比u = /0 = 2.067由表8.9 取忆= 0.9 （因非对称布置及软齿而）2） 转矩T,P7 5T. =9.55xl06—= 9.55xl06x —/nw = 4.94xl04mm“I 14503） 載荷系数K由表8.6取K = 1.35I ）许用接触应力0〃］曲图 8. 33c 査得 o Hhmi = 775M/U o Hhml = 520M 內 由式（8.33）计算应力循环次数NzN u = 6叽5 = 60 x 14 50 x 1 x （16x 300 x 5）= 2.09xl09N"由图& 34査得接傩疲劳的寿命系数Z 灯i =0.89 , Z 附2 =0.93 通过齿轮和一般匚业齿轮,按一般可靠度要求选取A S Z/ =1.0-所以计算两轮的许用接触卜/故得笛胖689.81叭1.0MFd = 483・6MFd520x0.93心"6处竺怦=7643』站心仆心x (2.076 + l)〃吩59.40MV <Pd lt \pH F V 0.9x2.076x483 62I )许用弯曲应力\a F ]由式(8.34)由图& 35c 森得：= 290MPa 厂 2L0MPa由图8. 36査得试验齿轮的咸力修正系数 按一般可靠度选取安全系数 计算阳轮的许用弯曲应力[J =叽上/ f = 290X 2X 0.SS = 40&32M 〃1 h S N1.25[]=m = 210x2x09 Mpa = 302.4M 九 1 J - S N 1.2、将求得的各参数代入式(8.29〉2K1\F 严厂亠丫刖bnrzi= 2x1.35x4.94x2 x2 52x1.625咖55X 22 X 30= 82・76MFa<E[= 80 18MF% 订 2故轮齿齿根穹曲彼劳强度足够。
齿轮Kisssoft全实例教程-2024鲜版
软件内置先进的齿轮分析算法，可对齿轮的强度、刚度、疲劳寿命等 进行精确计算，为设计者提供可靠的参考依据。
丰富的齿轮库
Kisssoft软件自带丰富的齿轮库，包含各种标准和非标准齿轮，方便 用户快速调用和修改。
灵活的参数化设计
软件支持参数化设计，用户可通过修改参数快速调整齿轮结构，提高 设计效率。
Chapter
2024/3/28
19
齿轮参数优化
选择齿轮类型
根据实际需求，选择适合的齿 轮类型，如直齿、斜齿、锥齿
等。
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确定齿轮参数
输入齿轮的模数、齿数、压力 角等基本参数。
优化设计变量
以齿轮的模数、齿数、变位系 数为设计变量，进行优化设计 。
目标函数设定
以齿轮的传动效率、噪声、振 动等性能指标为目标函数，进
实体建模与装配
分别将蜗杆和蜗轮的齿廓曲线 转化为三维实体模型，并进行 装配操作。
设计参数设置
包括模数、蜗杆头数、蜗轮齿 数、导程角等参数设定。
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蜗轮轮廓绘制
根据蜗杆的齿廓曲线和蜗轮齿 数，绘制蜗轮的齿廓曲线。
模型检查与优化
对装配后的模型进行干涉检查 、齿形修正等优化操作。
14
04
齿轮分析实例
查看分析结果
Kisssoft将生成详细的分析报告，包 括齿轮的强度、安全系数等关键指标 。
05
04
运行分析
启动Kisssoft的分析计算功能，对齿轮 进行强度分析。
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16
齿轮疲劳寿命分析
导入齿轮模型
与强度分析相同，首 先需要在Kisssoft中 导入齿轮模型。
选择疲劳寿命分析
齿轮传动设计计算实例
解：
cos
mn 2a
z1
z2
4 30 60
2 190
0.9474
所以
1840
tan t
tan n cos
tan 20 cos1840
0.3640 0.9474
0.3842
d1
mn cos
z1
4 30 0.9474
mm 126.662mm
d2
mn cos
z2
4 60 0.9474
m d1 59.40 mm 1.98mm z1 30 m 2mm
（3）校核齿根弯曲疲劳强度
由式（8.29） 确定有关参数和系数
F
2 KT1 bm 2 z1
YFaYSa
F
1）分度圆直径
d1 mz1 2 30mm 60mm
d 2 mz2 2 62mm 124mm
2）齿宽
b d d1 0.9 60mm 54mm
（3）校核齿面接触疲劳强度
由式（8.45）
H 3.17Z E
KT u 1
bd 12 u
H
确定有关参数和系数：
1）分度圆直径
d1
mn z1 cos
3 24 cos1415
mm 74.29mm
d2
mn z2 cos
3 60 mm 185.72mm 0.9692
2）齿宽 b
b d d1 0.6 74.29mm 44.58mm
mm 253.325mm
d a1 d1 2mn 126.662 8mm 134.662mm d a2 d 2 2mn 253.325 8mm 261.325mm
db1 d1 cos t 126.662 0.9335mm 118.239mm
直齿轮设计计算实例
直齿轮设计计算实例直齿轮是一种常见的传动装置，广泛应用于工业设备和机械系统中。
它通过直接接触的方式将动力传递给相邻的齿轮，从而实现速度和力矩的转换。
在设计直齿轮时，需要进行一系列的计算和分析，以确保其正常运行和稳定性。
首先，我们需要确定直齿轮的传动比。
传动比是输入轴的转速与输出轴的转速之比。
一般情况下，传动比由所需的速度和力矩传递来确定。
通常，传动比可以根据系统的需求来选择，以满足所需的转速和力矩输出。
接下来，我们需要计算齿轮的模数和齿数。
模数是指齿轮齿廓的尺寸，它是齿轮的重要参数之一。
齿数是指齿轮上的齿的数量。
通过选择合适的模数和齿数，可以确保齿轮的传动效率和寿命。
设计直齿轮还需要考虑齿轮的齿廓曲线。
常见的齿廓曲线有直线齿廓、圆弧齿廓和渐开线齿廓等。
不同的齿廓曲线具有不同的性能特点和应用范围。
选择合适的齿廓曲线可以提高齿轮的传动效率和减小噪声。
此外，直齿轮设计还需要考虑齿轮的材料和热处理。
齿轮通常需要具有一定的硬度和韧性，以确保其在传动过程中不易受到磨损和断裂。
常见的齿轮材料有合金钢、碳钢和铸铁等。
通过适当的热处理，可以改善齿轮的力学性能和耐磨性能。
最后，设计完成后，还需要进行齿轮的强度计算和校核。
强度计算包括齿轮的弯曲强度和接触疲劳强度等。
校核的目的是确保齿轮在运行过程中不会出现过载和破坏等情况。
综上所述，直齿轮设计计算是一个复杂而重要的过程，需要考虑多个因素和参数。
只有在合理选择和计算的基础上，设计出的直齿轮才能满足实际工作需求，并且具有良好的可靠性和稳定性。
非圆齿轮的设计
在角速度比差 , 使齿轮 D 产生旋转输出 。 如果 齿 轮 A 与 D、 齿轮 C 与 B 分别为同一 形状 , 则 角 速 度 比 之 差 为零 , 即使输入轴旋转 , 输出 轴 也 将 不 动 , 除 齿 侧间隙外处于自锁状态 。 续非 匀 速 旋 转 , 在 这一 过 程 中 , 后 者 不可 能 出 现 停 止 和 改变 旋 转 方 向 。但 是 , 利用齿轮组合 和差 动 机 构 能 够 实 图9 非圆齿轮差动机构输入、 输出角度的关系
A、
歇摇动 ; (5) 间歇旋转 。 非圆齿轮的设计与所控制的对象有关 , 是非常复杂 的 , 但可以根据工作要求 , 有效灵活地应用非圆齿轮 , 设 计制作出有特点的机械机构 。 杨晓光译自 ( 日) 机械设计第 39 卷 肖 莉校对
图8 齿轮差动机构原理
《工程设计》杂志 1997 年征订
《工程设计》杂志是我国政府正式批准的技术产品设计领域第一家国际合作刊物 , 由浙江大学和中 国机械工程学会主办 , 德国施普林格 ( Springer) 出版社和柏林工业大学协办 。 本杂志通过将德国作者的最新论文介绍给国内读者 , 同时刊登中国作者的论文向海外发行 , 致力于反 映和交流国内外在工程技术产品设计理论 、方法和技术方面的研究成果及其在工业界的应用情况 , 以促进 我国工程设计的现代化 , 加快技术产品创新 , 提高市场竞争能力 。本刊为大 16 开国际杂志通用版本 , 季 刊 , 国内外公开发行 , 每期定价 5100 元 , 欢迎从事技术产品开发的工业企业 、设计院所 、大专院校及个 人直接向本刊编辑部订阅 。 编辑部地址 : 浙江杭州浙江大学出版社 邮政编码 : 310027 电话 : ( 0571) 7951662 联系人 : 樊晓燕
齿轮齿条设计实例
齿轮齿条设计实例
齿轮齿条的设计涉及到很多因素，包括齿轮的模数、齿数、齿条的长度、宽度、厚度等。
以下是一个简单的齿轮齿条设计实例：
1. 确定齿轮模数：假设我们选择模数为2mm，这是齿轮和齿条强度和精度的基本要求。
2. 确定齿数：假设我们选择齿数为30，这将影响齿轮和齿条的传动比和运动特性。
3. 确定齿条长度：假设我们选择齿条长度为500mm，这将影响齿轮齿条的应用范围。
4. 确定齿条宽度和厚度：假设我们选择齿条宽度为20mm，厚度为5mm，这将影响齿轮齿条的承载能力和稳定性。
根据以上参数，我们可以使用以下公式计算齿轮和齿条的基本参数：
1. 齿轮分度圆直径 = 模数× 齿数= 2mm × 30 = 60mm
2. 齿条齿顶高 = 模数× (齿数+ 2) = 2mm × (30 + 2) = 64mm
3. 齿条齿根高 = 模数× (齿数+ ) = 2mm × (30 + ) = 65mm
4. 齿条长度 = 500mm
5. 齿条宽度 = 20mm
6. 齿条厚度 = 5mm
以上数据仅供参考，实际设计时还需要考虑齿轮和齿条的材料、热处理方式、加工工艺、安装方式等因素。
齿轮传动设计实例
3、螺旋角β：
β arccosmn Z1 Z2 arccos2.5(2187) 15o21'32"
2a
2140
4、分度圆直径d：
d1
mnZ1 cos β
2.5 21 cos15 o 21'32"
＝54 .44 mm
d2
mn Z 2 cos β
2.5 87 cos15 o 21'32"
6、齿宽系数Ψd : 根据齿轮布置情况，查 表6－7 得0.9～1.4 取Ψd ＝1.0
二、按接触疲劳强度设计小齿轮分度圆直径 d1
d1
3
2KT1 ψd
u
u
1
Z
E
ZH Zε
σ H
Zβ
2
εα
1.88
3.2
1 Z1
1 Z2
cos β
σF2
σ F1
2.181.78＝35.97MPa 2.681.58
[σ]F2
390MPa
弯曲强度校验通过！
齿轮计算完成！
后面作练习题
练习题
设计一闭式斜齿圆柱齿轮减速器。已知齿数比u=3.32,由接触 疲劳强度计算得d1≥32.23mm，设计此传动。
0、齿数z、螺旋角β：
取齿数z1=20，则齿数z2=z1×i=20×3.32=66.4、取z2=66，i‘=66/20=3.3 传动比误差|Δi/i|=(3.32-3.3)/3.32=0.6%<5%
4、齿轮齿数： 取 Z1 ＝21 （闭式软齿面一般为20--40）
则 Z2＝ Z1i＝ 21×4.14＝86.94
行星齿轮设计-毕设
行星齿轮设计的基本原则
总结词
行星齿轮设计应遵循结构简单、传动效率高、承载能 力强、寿命长等原则。
详细描述
在进行行星齿轮设计时，需要遵循一系列基本原则。首 先，要保证结构简单，设计出的行星齿轮应具有较少的 零件数量和简单的装配关系，方便制造和维修。其次， 要追求传动效率高，通过合理的齿形设计和参数匹配， 降低齿轮传动的能量损失，提高传动效率。此外，还要 保证承载能力强、寿命长，通过合理的材料选择和热处 理工艺，提高齿轮的强度和耐磨性，延长其使用寿命。 同时，设计过程中还需考虑制造成本、环保要求等方面 的因素。
制造工艺
采用先进的加工中心和数控机 床，确保齿轮的加工精度和装
配精度。
实例三：某型号传动系统的行星齿轮设计
传动系统类型
该实例为多级传动系统，通过行星齿 轮机构实现多轴之间的动力传递。
设计参数
行星轮系的设计、传动比计算、功率 分配等参数经过详细分析，以确保系 统的稳定性和可靠性。
材料选择
选用高强度合金钢，经过特殊处理提 高其抗疲劳性能和耐久性。
行星齿轮的动态特性分析
总结词
行星齿轮的动态特性对其稳定性和寿 命具有重要影响，通过对其动态特性 的分析，可以预测齿轮在不同工况下 的振动和疲劳寿命。
详细描述
行星齿轮的动态特性分析包括模态分 析、谐响应分析和瞬态分析等。通过 这些分析方法，可以获取齿轮在不同 频率下的振动特性，预测其疲劳寿命， 为优化设计提供依据。
详细描述
行星齿轮由于其独特的传动特点，在许多领域都有广泛 的应用。在汽车领域，行星齿轮主要用于自动变速器、 差速器等部件，实现车辆的减速和变速功能。在航空领 域，行星齿轮用于飞机的起落架系统、减速器等部件， 实现高速旋转的减速和稳定。在船舶领域，行星齿轮用 于推进系统、舵机等部件，实现船舶的推进和转向。在 工业机械领域，行星齿轮用于各种传动系统，实现机器 的高速运转和精确控制。
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【例1】设计一电动机驱动的带式运输机的两级减速器高速级的直齿圆柱齿轮传动。
已知传递的功率P 1=5.5kW ，小轮转速n 1=960r/min ，齿数比u =4.45。
解：
1．轮齿部分主要几何尺寸的设计与校核
① 选定材料、齿数、齿宽系数 由表10-7选择常用的调质钢
小轮：45调质 HB 1=210～230， 大轮：45正火 HB 2=170～210，
取小轮齿数Z 1=22，则大轮齿数Z 2=uZ 1=4.45×22≈98， 对该两级减速器，取φd =1。
②确定许用应力： 许用接触应力
N Hlim H H min []Z S σσ=
许用弯曲应力
Flim ST NT
F Fmin
[]Y Y S σσ=
式中 σHlim1=560MPa ，σHlim2=520MPa （图8-7（c ）），
σFlim1=210MPa ，σFlim2=200MPa （图8-7（c ））。
σFlim 按图8-26查取，应力修正系数Y ST =2，而最小安全系数σHlim =σFlim =1（表8-5），故
H11560
[]5601σ⨯== MPa H21520
[]5201σ⨯== MPa F12102
[]4201σ⨯== MPa F22002
[]4001
σ⨯=
= MPa ③ 按齿面接触强度设计 由式
d 1
计算小轮直径。
载荷系数K =K A K V K β 取K A =1（表8-2），K V =1.15，K β=1.09（表8-3），故
K =1×1.15×1.09=1.25
小轮传递的转矩
T 1=9.55×106p /n =9.55×106×5.5/960=54713.5N ⋅mm
弹性变形系数Z E =189.8（表10-5）。
节点区域系数Z H =2.5。
将以上数据代入上式得
d 1
51.86mm
④确定主要参数
求中心距a
a =(d 1+d 2)/2=d 1(1+i /2)=51.86×(1+4.45)/2=141.32 mm
圆整后，取a=145mm ，则d 1的计算值变为53.2mm 。
计算模数
m =d 1/z 1=53.2/22=2.4mm
按表10-1取标准模数m =2.5mm 。
求z 1、z 2
总齿数 z c =z 1+z 2=2a /m =2×145/2.5=116
若Z c 不等于整数时，可改变模数值使之成为整数。
因
z c =z 1(1+i )
故 z 1=z c /(1+i )=116/(1+4.45)=21.28 取z 1=22（因最后d 1必须大于接触强度公式所求d 值）。
则
z 2=z c -z 1=116-22=94
实际 i =z 2/z 1=94/22=4.27 传动比的变动量为
4.45 4.27
0.045%4.45
i -∆=
=<
可用。
求小齿轮工作宽度
d 1=z 1m =22×2.5=55mm>51.86mm
计算齿轮的工作宽度
b=φd d=1×55=55mm
取b 2=55mm ，b 1=60mm.
⑤ 校核弯曲强度 由式
t
F1Fa1sa1KF Y Y bm
σ=
，ps2sa 2F2F1
Fa1sa1Y Y Y Y σσ= 分别验算两轮齿根弯曲强度。
计算圆周力
1t 12254713.51989.655T F D ⨯=== N
齿形系数Y Fa 、应力修正系数Y sa
可由图8-23、10-24查得，当
z 1=22，Y Fa1=2.78，Y sa1=1.61， z 2=94，Y Fa2=2.22，Y sa2=1.87， 则
F1F11.251989.6
2.78 1.6180.95[]55 2.5
σσ⨯=
⨯⨯=<⨯ MPa
F2F22.22 1.87
80.9575.08[]2.78 1.61
σσ⨯=⨯
=<⨯ MPa
⑥ 主要几何尺寸
m =2.5mm ，z 1=22，z 2=94， d 1=55mm ，d 2=z 2m=94×2.5=235mm ， d a1=m (z 1+2)=2.5×(22+2)=60mm ， d a2=m (z 2+2)=2.5×(94+2)=240mm ， d f1=m (z 1-2.5)=2.5×(22-2.5)=48.75mm d f2=m (z 2-2.5)=2.5×(94-2.5)=228.75mm b =55，取b 1=60mm ，b 2=55mm ， a =(d 1+d 2)/2=(55+235)/2=145mm
2．结构设计
上述齿轮轮齿部分的主要几何尺寸设计完成后、尚需根据工艺要求，材料特性等，按经验公式和资料来确定齿轮各部分的结构和尺寸。
3．绘制齿轮工作图（略）
【例2】 设计一闭式直齿圆柱齿轮传动。
已知传递的功率P 1=20kW ，小齿轮转速n 1=1000r/min ，传动比i=3，每天工作16h ，使用寿命5年，每年工作300天，齿轮对称布置，轴的刚性较大，电机带动，中等冲击，传动尺寸无严格限制。
【例3】设计一闭式斜齿圆柱齿轮传动。
已知传递的功率P1=20kW，小齿轮转速n1=1000r/min，传动比i=3，每天工作16h，使用寿命5年，每年工作300天，齿轮对称布置，轴的刚性较大，电机带动，中等冲击，传动尺寸无严格限制。
解：设计步骤见表
【例4】设计一闭式单级圆锥齿轮传动。
已知传递的功率P1=10kW，小齿轮转速n1=960r/min，传动比u=2.55，每天工作16h，使用寿命10年，小锥齿轮悬臂布置。
解：设计步骤见表
【例5】设计一ZA型单级闭式蜗杆减速器。
已知传递的功率P1=7.5kW，转速n1=1440r/min，传动比i12=27，工作寿命5年，单向传动。
工作平稳，每日工作8h。
解：设计步骤见表。