齒輪傳動設(shè)計畢業(yè)論文

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1、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 齒輪傳動設(shè)計 姓名： 學(xué)號： 二級院系部： 機電工程系 班級: 機電092 專業(yè)： 機電一體化 指導(dǎo)教師： 職稱： 二〇 一二 年 六 月 齒

2、輪傳動設(shè)計 【摘要】 齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應(yīng)用更為廣泛。齒輪是一個較復(fù)雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了17種控制參數(shù)，根據(jù)齒輪使用要求的不同，對以上17個參數(shù)控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據(jù)其精度等級確定相關(guān)控制參數(shù)的公差值，是齒輪設(shè)計的關(guān)鍵所在。 　　傳統(tǒng)的設(shè)計方法是依據(jù)經(jīng)驗用類比法，結(jié)合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數(shù)進行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設(shè)計的合理性。因此，借用了輔助軟件對齒輪的幾何參數(shù)進行計算后，對齒輪精度的設(shè)計及其相關(guān)的數(shù)據(jù)進行計算機處理，使齒輪的精度設(shè)計達

3、到快速、準(zhǔn)確、合理，齒輪設(shè)計起來就沒那么費時和吃力了。 【關(guān)鍵詞】 材料選擇；熱處理；尺寸；強度計 Abstract GEAR is the machine, the instrument use most of the transmission parts,especially the application of involute gear more widely. Gear is a more complicated geometry, to a single gear tooth profile processing error national standard f

4、or 17 kinds of control parameters, according to the requirements of the use of different gear, these 17 parameter control requirements are different. How to determine the accuracy of gear on the basis of the precision grade level and ensure that the relevant control parameters of the tolerance value

5、s, is the key to gear design. The traditional design method is based on experience with analogy method, combining look-up table and a large number of multifarious formula calculation, this method is a big workload, 2 it is not possible to optimize the parameters and screening, it was difficult to en

6、sure that the rationality of the design of the accuracy. Therefore, the assistant software to borrow gear geometry parameters are calculated, on the accuracy of the design and its related data computer processing, make the precision of the gear designed to achieve rapid, accurate and reasonable, gea

7、r design up not as wasteful and exhausting.. Key words material selection; Heat treatment; Size; Strength calculation 目 錄 摘 要 I 關(guān)鍵詞 I Abstract II Key words II 目 錄 III 緒 論 1 1．齒輪的組成結(jié)構(gòu)及傳動計算 2 1.1齒輪的組成結(jié)構(gòu) 2 1.1.1齒輪傳動設(shè)計步驟 2 1.2內(nèi)嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動的幾何尺寸計算 4 2. 齒輪傳動 6 2.1齒輪傳動的失效形式 6 2.1.1齒

8、輪傳動的失效形式 6 2.1.2設(shè)計準(zhǔn)則 8 2.2齒輪常用材料及熱處理 8 2.2.1 材料鋼 8 2.2.2鑄鐵 9 2.2.3非金屬材料 9 3. 齒輪傳動精度及強度計算 11 3.1精度等級 11 3.1.1齒側(cè)間隙 11 3.2標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動的強度計算 12 3.2.1輪齒的受力分析 12 3.2.2齒根彎曲疲勞強度計算 13 3.2.3齒面接觸疲勞強度計算 14 4. 設(shè)計參數(shù)的選擇及許用應(yīng)力 16 4.1主要參數(shù)的選擇 16 4.2許用應(yīng)力 16 5.齒輪傳動的潤滑與維護 20 5.1齒輪傳動的潤滑 20 5.2齒輪傳動的維護 20 結(jié)

9、 論.................................................................21 致謝..................................................................22 參考文獻..............................................................23 IV 緒 論 齒輪是機器、儀器中使用最多的傳動零件，尤其是漸開線圓柱齒輪的應(yīng)用更為廣泛。本設(shè)計重點是漸開線圓柱齒輪傳動設(shè)計的計算。研究外嚙合齒輪和內(nèi)嚙合齒輪

10、傳動的主要幾何參數(shù)計算、齒輪齒厚計算、精度計算和強度計算，幫助實現(xiàn)齒輪的合理設(shè)計。通過設(shè)計過程，掌握材料選擇，熱處理分析，齒輪尺寸及強度計算方法。 齒輪是一個較復(fù)雜的幾何體，對單個齒輪的齒廓加工誤差國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了17種控制參數(shù)，根據(jù)齒輪使用要求的不同，對以上17個參數(shù)控制的要求也不同。如何確定齒輪的精度等級以及依據(jù)其精度等級確定相關(guān)控制參數(shù)的公差值，是齒輪設(shè)計的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是依據(jù)經(jīng)驗用類比法，結(jié)合查表及大量繁雜的公式計算，這樣的方法一是工作量大，二是不可能對各參數(shù)進行優(yōu)化及篩選，很難保證齒輪精度設(shè)計的合理性。因此，借用了輔助軟件對其進行計算后，對齒輪精度的設(shè)計及其相關(guān)的數(shù)據(jù)進行計

11、算機處理，使齒輪的精度設(shè)計達到快速、準(zhǔn)確、合理，齒輪設(shè)計起來就沒那么費時和吃力了。 1.齒輪的組成機構(gòu)及傳動計算 1.1 齒輪的組成結(jié)構(gòu) 齒輪的組成結(jié)構(gòu)一般有輪齒、齒槽、端面、法面、齒頂圓、齒根圓、基圓和分度圓。 輪齒簡稱齒，是齒輪上每一個用于嚙合的凸起部分，這些凸起部分一般呈輻射狀排列，配對齒輪上的輪齒互相接觸，可使齒輪持續(xù)嚙合運轉(zhuǎn)；基圓是形成漸開線的發(fā)生線作純滾動的圓；分度圓，是在端面內(nèi)計算齒輪幾何尺寸的基準(zhǔn)圓。漸開線齒輪比較容易制造，且傳動平穩(wěn)，傳遞速度穩(wěn)定，傳動比準(zhǔn)確，漸開線圓柱齒輪是機械傳動量大而廣的基礎(chǔ)零部件，廣泛在汽車、拖拉機、機床、電力、冶金、礦山、工程、起重運

12、輸、船舶、機車、農(nóng)機、輕工、建工、建材和軍工等領(lǐng)域中應(yīng)用。因此現(xiàn)代使用的齒輪中，漸開線齒輪占絕多數(shù)，而擺線齒輪和圓弧齒輪應(yīng)用較小。 1.1.1齒輪傳動設(shè)計步驟： 　　1、簡化設(shè)計：根據(jù)齒輪傳動的齒數(shù)、嚙合角和模數(shù)等，確定中心距等主要參數(shù)。 2、幾何設(shè)計計算：設(shè)計和計算齒輪的基本參數(shù)，并進行幾何尺寸計算。如：計算分度圓直徑、齒高、齒頂高、齒根高、基圓直徑等。 3、齒厚測量尺寸計算：根據(jù)上步的計算結(jié)果和已知參數(shù)，計算齒輪的齒厚參數(shù)。如：固定弦齒厚、固定弦齒高等參數(shù)。 4、精度計算：計算出齒輪的精度測量參數(shù)，如：各級精度等級、齒厚上/下偏差、側(cè)隙公差、最小/大極限側(cè)隙等。 5、強度校

13、核：在基本參數(shù)確定后，進行精確的齒面接觸強度和齒根彎曲強度校核。分別將計算出的接觸/彎曲強度允許傳遞功率與已知功率相比較，如果都大于實際功率，則所設(shè)計的齒輪強度過關(guān)。 6、如果校核不滿足強度要求，可以返回2)，修改參數(shù)，重新計算。課題研究的主要內(nèi)容就是設(shè)計一個進行齒輪設(shè)計的計算軟件，現(xiàn)在課題是幾何尺寸計算，主要應(yīng)集中在此，精度只是其中一部分。在設(shè)計漸開線圓柱齒輪時會計算出其齒數(shù)、齒形和齒高等。 漸開線圓柱齒輪幾何參數(shù)和外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動幾何尺寸計算 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動參數(shù)計算如表1.1。 　　表1,1 外嚙合標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪傳動參數(shù) 名稱 符號 直齒輪 螺旋齒輪 原始

14、參數(shù) 基準(zhǔn)齒形 齒形角 α=20 tgαt=tgα/cosβ 齒頂高系數(shù) ha*=1 hat*= ha*cosβ=cosβ 徑向間隙系數(shù) C*=0.25 Ct*=C *cosβ=0.25cosβ 齒根圓角半徑系數(shù) γ*=0.38 γt*=γ*cosβ=0.38 cosβ 模數(shù) m由強度計算或結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，一般傳遞動力的齒輪m>=1 mt=m/cosβ 齒數(shù) Z 設(shè)計時選定 設(shè)計時選定 分度圓螺旋角 β β=0 β按推薦值或按中心距條件確定 主要幾何參數(shù)的計算（mm） 中心距 a a=m/2(Z1+Z2) =1/2(d1+d2) a=m

15、/2cosβ(Z1+Z2) =1/2(d1+d2) 一般希望a為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值或圓整的數(shù)值 分度圓直徑 d d=mZ d=mZ/cosβ 名稱 符號 直齒輪 螺旋齒輪 主要幾何參數(shù)的計算（mm） 齒頂高 ha ha= ha*m 齒頂圓直徑 da da=d+2ha=(Z+2)m da=d+2ha=(Z/ cosβ+2)m 齒根高 hf hf=( ha*+C*)m=1.25m 齒根圓直徑 df df=d-2ht =(Z-2.5)m df=d-2ht =(Z/ cosβ-2.5)m 齒高 h h= ha+ hf 基圓直徑 db db=dco

16、sα db=dcosαt 1.2內(nèi)嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動的幾何尺寸計算 內(nèi)嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動的參數(shù)計算如表1.2。 表1.2 內(nèi)嚙合標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動的參數(shù) 項目名稱 符號 原 始 參 數(shù) 齒 數(shù) 小輪 Z1 內(nèi)齒輪 Z2 模數(shù) m 基準(zhǔn)齒形 齒形角 α 齒頂高系數(shù) ha* 徑向間隙系數(shù) c* 齒根圓半徑系數(shù) r* 插齒刀 齒數(shù) Z02 齒頂圓直徑 da02 齒頂高系數(shù) ha02* 切 齒 方 法 小輪及大輪均用滾刀切制 齒寬 小輪 b1 大輪 b2 工作齒寬 bw 主要幾何參數(shù)的計算（mm） 項目名稱

17、符號 計算公式 中心距 a a=(Z2-Z1)m/2 分度圓直徑 小輪 d1=mZ1 大輪 d2=mZ2 插齒刀變位系數(shù) X02 X02=da02/2m-(Z02+2ha02*)/2 內(nèi)齒輪與插齒刀嚙合角 invαw02 invαw02=2(x2-x02)tgα/(Z2-Z02)+invα 內(nèi)齒輪與插齒刀中心距 aw02 aw02=(Z2-Z02)mcosα/2cosaw02 中心距分離系數(shù) y02 y02= aw02/m-(Z2-Z02)/2 主要幾何參數(shù)的計算（mm） 項目名稱 符號 計算公式 齒高 h1 h1=0.5(da1-df

18、1) h2 h2=0.5(df2-da2) 齒根高 hf hf=h-ha=m(ha*+c*-x) 齒頂圓直徑 da1 da1=d1+2(ha*-Δy02)m da2 da2=d2-2(ha*-k2)m 齒根圓直徑 df1 df1=d1-2(ha*+c*)m df2 df2= 2aw02 + da02 齒厚測量尺寸的計算(mm) 固定弦齒厚 s(_)c s(_)c =0.5πmcos2α或 s(_)c =s(_)c*m(s(_)c*可查表) 固定弦齒高 h(_)c h(_)c =0.5(da-d-s(_)ctgα)或 h(_)c =0.5(da-d

19、)-h(_)△*m(h(_)△*可查表) 分度圓弦齒厚 s(_) s(_)=Zsin△/cosβ*m ,式中 △=(π/2Z+2xtgα/z)*cos3β 分度圓弦齒高 h(_)a h(_)a =0.5[da-(cos△-sin2β) /cos2β*d] 2. 齒輪傳動 通過對減速器的設(shè)計，導(dǎo)入齒輪傳動設(shè)計計算的重要性，提出齒輪傳動的類型和基本要求、嚙合特點、選型、材料及熱處理方法，從齒輪傳動的失效形式引出強度的設(shè)計準(zhǔn)則和計算方法。 2.1齒輪傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則 2.1.1齒輪傳動的失效形式 齒輪傳動是

20、靠齒與齒的嚙合進行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。 1. 輪齒折斷 輪齒折斷通常有兩種情況：一種是由于多次重復(fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另一種是由于突然產(chǎn)生嚴(yán)重過載或沖擊載荷作用引起的過載折斷。尤其是脆性材料（鑄鐵、淬火鋼等）制成的齒輪更容易發(fā)生輪齒折斷。兩種折斷均起始于輪齒受拉應(yīng)力的一側(cè)，如圖2-1所示。 增大齒根過渡圓角半徑、改善材料的力學(xué)性能、降低表面粗糙度以減小應(yīng)力集中，以及對齒根處進行強化處理（如噴丸、滾擠壓）等，均可提高輪齒的抗折斷能力。 2.

21、齒面點蝕 輪齒工作時，齒面嚙合處在交變接觸應(yīng)力的多次反復(fù)作用下，在靠近節(jié)線的齒面上會產(chǎn)生若干小裂紋。隨著裂紋的擴展，將導(dǎo)致小塊金屬剝落，這種現(xiàn)象稱為齒面點蝕，如圖2-2所示。齒面點蝕的繼續(xù)擴展會影響傳動的平穩(wěn)性，并產(chǎn)生振動和噪聲，導(dǎo)致齒輪不能正常工作。 點蝕是潤滑良好的閉式齒輪傳動常見的失效形式。開式齒輪傳動，由于齒面磨損較快，很少出現(xiàn)點蝕。 提高齒面硬度和降低表面粗糙度值，均可提高齒面的抗點蝕能力。 3. 齒面磨損 輪齒嚙合時，由于相對滑動，特別是外界硬質(zhì)微粒進入嚙合工作面之間時，會導(dǎo)致輪齒表面磨損。齒面逐漸磨損后，齒面將失去正確的齒形（圖2-3），嚴(yán)重時導(dǎo)致輪齒過薄而折斷，齒

22、面磨損是開式齒輪傳動的主要失效形式。 為了減少磨損，重要的齒輪傳動應(yīng)采用閉式傳動，并注意潤滑。 圖2-1輪齒折斷 圖2-2齒面點蝕 圖2-3齒面磨損 4．齒面膠合 在高速重載的齒輪傳動中，齒面間的壓力大，溫升高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時溫度過高時，將使兩齒面局部熔融、金屬相互粘連，當(dāng)兩齒面作相對運動時，粘住的地方被撕破，從而在齒面上沿著滑動方向形成帶狀或大面積的傷痕（圖2-4），低速重載的傳動不易形成油膜，摩擦發(fā)熱雖不大，但也可能因重載而出現(xiàn)冷膠合。 采用粘度較大或抗膠合性能好的潤滑油，

23、降低表面粗糙度以形成良好的潤滑條件；提高齒面硬度等均可增強齒面的抗膠合能力。 圖2-4齒面膠合 圖2-5齒面塑性變形 4. 齒面塑性變形 硬度較低的軟齒面齒輪，在低速重載時，由于齒面壓力過大，在摩擦力作用下，齒面金屬產(chǎn)生塑性流動而失去原來的齒形（圖2-5） 提高齒面硬度和采用粘度較高的潤滑油，均有助于防止或減輕齒面塑性變形。 2.1.2設(shè)計準(zhǔn)則 齒輪傳動的失效形式不大可能同時發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點蝕會加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件下，由于上述第1、2種失效形式是主要的。因此，設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)根據(jù)實際工作條件分析其可能發(fā)

24、生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則。 對于軟齒面（硬度≤350HBS）的閉式齒輪傳動，潤滑條件良好，齒面點蝕將是主要的失效形式，在設(shè)計時，通常按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 對于硬齒面（硬度＞350HBS）的閉式齒輪傳動，抗點蝕能力較強，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計計算時，通常按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再按齒面接觸疲勞強度校核。 開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機理比較復(fù)雜，目前尚無成熟的設(shè)計計算方法。故只能按齒根彎曲疲勞強度計算，用增大模數(shù)10%~20%的辦法來考慮磨損的影響。 2.2齒輪常用材料及熱處理 由輪齒失效形式可知，選擇齒輪材

25、料時，應(yīng)考慮以下要求：輪齒的表面應(yīng)有足夠的硬度和耐磨性，在循環(huán)載荷和沖擊載荷作用下，應(yīng)有足夠的彎曲強度。即齒面要硬，齒芯要韌，并具有良好的加工性和熱處理性。 制造齒輪的材料主要是各種鋼材，其次是鑄鐵，還有其它非金屬材料 2.2.1鋼 鋼材可分為鍛鋼和鑄鋼兩類，只有尺寸較大（d ＞400~600mm）, 結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的齒輪宜用鑄鋼外，一般都用鍛鋼制造齒輪。 軟齒面齒輪多經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理后切齒，常用45、40Cr等。因齒面硬度不高，易制造，成本低，故應(yīng)用廣，常用于對尺寸和重量無嚴(yán)格限制的場合。 由于在嚙合過程中，小齒輪的輪齒接觸次數(shù)比大齒輪多。因此，若兩齒輪的材料和齒面硬度都相同時，則一

26、般小齒輪的壽命較短。為了使大、小齒輪的壽命接近，應(yīng)使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的高出30~50HBS。對于高速、重載或重要的齒輪傳動，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬度可大致相同。 2.2.2鑄鐵 由于鑄鐵的抗彎和耐沖擊性能都比較差，因此主要用于制造低速、不重要的開式傳動、功率不大的齒輪。常用材料有HT250、HT300等。 2.2.3非金屬材料 對高速、輕載而又要求低噪音的齒輪傳動，也可采用非金屬材料，加夾布膠木、尼龍等。常用的齒輪材料，熱處理方法、硬度、應(yīng)用舉例見表2.6 表2.6常用的齒輪材料、熱處理硬度和應(yīng)用舉例 材 料 牌號 熱處理方法 硬 度 應(yīng)用舉例 齒

27、 芯 HBS 齒面HRC 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 35 正火 150~180 低速輕載的齒輪或中速中載的大齒輪 45 169~217 50 180~220 45 調(diào)質(zhì) 217~255 合 金 鋼 35SiMn 217~269 40Cr 241~286 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 35 表面淬火 180~210 40~45 高速中載、無劇烈沖擊的齒輪。如機床變速箱中的齒輪 45 217~255 40~50 合 金 鋼 40Cr 241~286 48~55 20Cr 滲碳淬火 56~62 高速中載、承受沖擊載荷的齒輪。如汽車、拖拉機中的重要齒

28、輪 20CrMnTi 56~62 38CrMOAlA 氮化 229 >850HV 載荷平穩(wěn)、潤滑良好的齒輪 鑄 鋼 ZG45 正火 163~197 重型機械中的低速齒輪 ZG55 179~207 球墨鑄鐵 QT700-2 225~305 可用來代替鑄鋼 QT600-2 229~302 灰 鑄 鐵 HT250 170~241 低速中載、不受沖擊的齒輪。如機床操縱機構(gòu)的齒輪 HT300 187~255 注：正火、調(diào)質(zhì)及鑄件的齒面硬度與齒心硬度相近

29、 3. 齒輪傳動精度及強度計算 3.1精度等級 漸開線圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)（GB/T10095—88）中，規(guī)定了12個精度等級，第1級精度最高，第12級最低。一般機械中常用7~8級。高速、分度等要求高的齒輪傳動用6級，對精度要求不高的低速齒輪可用9級。根據(jù)誤差特性及它們對傳動性能的影響，齒輪每個精度等級的公差劃分為三個公差組，即第 I公差組（影響運動準(zhǔn)確性），第II公差組（影響傳動平穩(wěn)性），第III公差組（影響載荷分布均勻性）。一般情況下，可選三個公差組為同一精度等級，也可以根據(jù)使用要求的不同，選擇不同精度等級的公差組組合。 常用的齒輪精度等級與圓周速度的關(guān)系及使用范圍見表3-1。

30、表3-1齒輪傳動精度等級（第II公差組及其應(yīng)用） 精度等級 齒面硬度HBS 圓周速度v(m.s-1) 應(yīng)用舉例 直齒圓柱齒輪 斜齒圓柱齒輪 直齒圓錐齒輪 6 ≤350 ≤18 ≤36 ≤9 高速重載的齒輪傳動，如機床、汽車中的重要齒輪，分度機構(gòu)的齒輪，高速減速器的齒輪等 ＞350 ≤15 ≤30 7 ≤350 ≤12 ≤25 ≤6 高速中載或中速重載的齒輪傳動，如標(biāo)準(zhǔn)系列減速器的齒輪，機床和汽車變速箱中的齒輪等 ＞350 ≤10 ≤20 8 ≤350 ≤6 ≤12 ≤3 一般機械中的齒輪傳動，如機床、汽車和拖拉機中的一般齒輪，起

31、重機械中的齒輪，農(nóng)業(yè)機械中的重要齒輪等 ＞350 ≤5 ≤9 9 ≤350 ≤4 ≤8 ≤2.5 低速重載的齒輪，低精度機械中的齒輪等 ＞350 ≤3 ≤6 注：第I、III公差組的精度等級參閱有關(guān)手冊，一般第III公差級不低于第II公差組的精度等級。 3.1.1齒側(cè)間隙 考慮到齒輪制造以及工作時輪齒變形和受熱膨脹，同時為了便于潤滑，需要有一定的齒側(cè)間隙。合適的側(cè)隙可通過適當(dāng)?shù)凝X厚極限偏差和中心距極根偏差來保證，齒輪副的實際中心距越大、齒厚越小，則側(cè)隙越大。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定漸開線圓柱齒輪的齒厚偏差有C、D、E、F、G、H、J、K、L、M、N、P、R、S等14種，每種

32、代號所規(guī)定的齒厚偏差值可查有關(guān)手冊。在齒輪工作圖上用代號表示精度等級和齒厚極限偏差。例：8—7—7GM GB/T10095—88代號，從左至右表示第I、II、III公差組精度等級分別為8級、7級、7級，齒厚上偏差代號為G、下偏差代號為M。 3.2標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動的強度計算 3.2.1輪齒的受力分析 a) b) 圖3-2 直齒圓柱齒輪傳動的受力分析 圖3-2所示為齒輪嚙合傳動時主動齒輪的受力情況，不考慮摩擦力時，輪齒所受總作用力Fn將沿著嚙合線方向，F(xiàn)n稱為法向力。Fn在分度圓上可分解為切于分度圓的切向

33、力Ft和沿半徑方向并指向輪心的徑向力Fr 。 圓 周力 Ft= N 徑向力 Fr= Ft tg N (3-1) 法向力 Fn= N 式中:d1為主動輪分度圓直徑,mm；為分度圓壓力角，標(biāo)準(zhǔn)齒輪=20。 設(shè)計時可根據(jù)主動輪傳遞的功率P1（KW）及轉(zhuǎn)速n1(r/min)，由下式求主動輪力矩 T1=9.55106 （N mm） （3-2） 根據(jù)作用力與反作用力原理，F(xiàn)

34、t1=-Ft2，F(xiàn)t1是主動輪上的工作阻力，故其方向與主動輪的轉(zhuǎn)向相反，F(xiàn)t2是從動輪上的驅(qū)動力，其方向與從動輪的轉(zhuǎn)向相同。 同理，F(xiàn)r1=-Fr2，其方向指向各自的輪心。 二、載荷與載荷系數(shù) 由上述求得的法向力Fn為理想狀況下的名義載荷。由于各種因素的影響，齒輪工作時實際所承受的載荷通常大于名義載荷，因此，在強度計算中，用載荷系數(shù)K考慮各種影響載荷的因素，以計算載荷Fnc代替名義載荷Fn。其計算公式為 (3-3) 式中：K為載荷系數(shù)，見表3-3。 表3-3 載荷系數(shù)k 原動機 工作機的載荷特性 均勻、輕

35、微沖擊 中等沖擊 大沖擊 電動機 多缸內(nèi)燃機 單缸內(nèi)燃機 1~1.2 1.2~1.6 1.6~1.8 1.2~1.6 1.6~1.8 1.8~2.0 1.6~1.8 1.9~2.1 2.2~2.4 3.2.2齒根彎曲疲勞強度計算 齒根處的彎曲強度最弱。計算時設(shè)全部載荷由一對齒承擔(dān)，且載荷作用于齒頂，將輪齒看作懸臂梁，其危險截面可用30o切線法確定，即作與輪齒對稱中心線成30o夾角并與齒根過渡曲線相切的兩條直線，連接兩切點的截面即為齒根的危險截面，如圖3-7所示。運用材料力學(xué)的方法，可得輪齒彎曲強度校核的公式為 = ≤ 或 σF = ≤

36、 （3-4） 或由上式得計算模數(shù)m的設(shè)計公式 m ≥ (3-5) 式中:=b/d1稱齒寬系數(shù)（b為大齒輪寬度），由表3-4查??；稱為齒形系數(shù)，由圖3-5查??；[]為彎曲許用應(yīng)力，由式3-5計算。 表3-4齒寬系數(shù)=b/d1 齒 輪 相 對 軸 承 位 置 齒 面 硬 度 ≤350HBS ＞350HBS 對 稱 布 置 0.8 ~

37、1.4 0.4 ~ 0.9 非 對 稱 布 置 0.6 ~ 1. 2 0.3 ~ 0.6 懸 臂 布 置 0.3 ~ 0.4 0.2 ~ 0.25 圖3-5外齒輪齒形系數(shù)YFS 注：直齒輪取較小值，斜齒輪取較大值；載荷穩(wěn)定，軸剛性大時取較大值。 3.2.3齒面接觸疲勞強度計算 齒面接觸疲勞強度計算是為了防止齒間發(fā)生疲勞點蝕的一種計算方法，它的實質(zhì)是使齒面節(jié)線處所產(chǎn)生的最大接觸應(yīng)力小于齒輪的

38、許用接觸應(yīng)力，齒面接觸應(yīng)力的計算公式是以彈性力學(xué)中的赫茲公式為依據(jù)的，對于漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，其齒面接觸疲勞強度的校核公式為 ≤ 或 ≤ (3-6) 將上式變換得齒面接觸疲勞強度的設(shè)計公式 d1≥ (3-7) 式中：“”分別用于外嚙合、內(nèi)嚙合齒輪；ZE為齒輪材料彈性系數(shù)，見表3-5；ZH為節(jié)點區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪正確安裝時ZH =2.5；[σH]為兩齒輪中較小的許用接觸應(yīng)力，u為齒數(shù)比，即

39、大齒輪齒數(shù)與小齒輪齒數(shù)之比。 表3-5齒輪材料彈性系數(shù)ZE （） 大齒輪材料 小齒輪材料 鋼 鑄 鋼 鑄 鐵 球 墨 鑄 鐵 鋼 189．8 188．9 165．4 181．4 鑄 鋼 188．9 188．0 161．4 180．5 。 4.設(shè)計參數(shù)的選擇及許用應(yīng)力 4.1主要參數(shù)的選擇 (1)齒數(shù)z。對于軟齒面的閉式傳動，在滿足彎曲疲勞強度的條件下，宜采用較多齒數(shù)，一般取z1=20~40。因為當(dāng)中心距確定

40、后，齒數(shù)多，則重合度大，可提高傳動的平穩(wěn)性。對于硬齒面的閉式傳動，首先應(yīng)具有足夠大的模數(shù)以保證齒根彎曲強度，為減小傳動尺寸，宜取較少齒數(shù)，但要避免發(fā)生根切，一般取z1=17~20。 (2)模數(shù)m。模數(shù)影響輪齒的抗彎強度，一般在滿足輪齒彎曲疲勞強度條件下，宜取較小模數(shù)，以增加齒數(shù)，減少切齒量。 (3)齒寬系數(shù)Ψd。齒寬系數(shù)是大齒輪齒寬b和小齒輪分度圓直徑d1之比，增大齒寬系數(shù)，可減小齒輪傳動裝置的徑向尺寸，降低齒輪的圓周速度。但是齒寬越大，載荷分布越不均勻。為便于裝配和調(diào)整，常將小齒輪齒寬加大5~10mm，但設(shè)計計算時按大齒輪齒寬計算。 4.2許用應(yīng)力 一般的齒輪傳動，其彎曲疲勞許用

41、應(yīng)力為 [σF]=YN （4-1） 接觸疲勞許用應(yīng)力為 [σH]= ZN （4-2） 式中：σFlim為齒輪單向受載時的彎曲疲勞極限，查圖2-9；σHlim為接觸疲勞極限，查圖6-10，由于實驗齒輪的材質(zhì)、熱處理等性能的差異，實驗值有一定的離散性，故圖示數(shù)據(jù)為中間值；受對稱循環(huán)變應(yīng)力的齒輪（如惰輪，行星輪），應(yīng)將圖中查得數(shù)值乘以0.7；SF、SH為疲勞強度的最小安全系數(shù)，通常SF=1、SH =1，對于損壞后會引起嚴(yán)重后果的，可取SF=1.5、SH

42、=1.25~1.35；YN、ZN為壽命系數(shù)，用以考慮當(dāng)齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N

43、-4接觸疲勞壽命系數(shù)ZN 【實例4-1】設(shè)計一帶式運輸機減速器的直齒圓柱齒輪傳動，已知i=4, n1=750r/min,傳遞功率P=5KW，工作平穩(wěn)，單向傳動，單班工作制，每班8h，工作期限10年。 解：實例過程和結(jié)果如下所示： 1. 選擇齒輪精度等級。運輸機是一般工作機械，速度不高，故用8級精度。 2. 選材與熱處理。該齒輪傳動無特殊要求，為制造方便，采用軟齒面，大小齒輪均用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度：217～255HBS，大齒輪正火處理，齒面硬度：169~217HBS。

44、 3.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計。該傳動為閉式軟齒面，主要失效形式為疲勞點蝕，故按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 設(shè)計公式為：d1≥ (1) 載荷系數(shù)k ，按表3-3 取k =1.2 (2) 轉(zhuǎn)矩 T1=9.55106 = 9.55106 =63666.7N.mm (3) 接觸疲勞許用應(yīng)力 [σH]= ZN 按齒面硬度中間值查圖4-2查得=600MPa，=550 MPa 按一年工作300天計算，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =607501103008=1.08109 N2===2.7108 由圖4-4 得接觸疲勞壽命系數(shù) ZN1=1， ZN2=1.0

45、8（，N0=109） 按一般可靠性要求，取 =1 則 600 MPa ==594 MPa 取 =594 MPa (4) 計算小齒輪分度圓直徑d1。查表3-4 按齒輪相對軸承對稱布置取 =1.08, ZH=2.5, 查表3-5得 ZE=189.8 將以上參數(shù)代入下式 d1≥ ==48.3mm 取d1=50mm (5)計算圓周速度 v === 1.96m/s 結(jié)果：通過公式可以得出T1=63666.7N.mm 。=594 MPa。d1=50mm。v1.9 6 m/s 4．確定主要參

46、數(shù)。 (1)齒數(shù)。取z1=20，則z2=z1=204=80 (2)模數(shù)。m=d1/z1=50/20=2.5mm 正好是標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)第二系列上的數(shù)值。 (3)分度圓直徑 d1=z1m=202.5=50mm d2=z2m=802.5=200mm (4)中心距 a=(d1+d2)/2=(50+200)=125mm (5)齒寬 b=d1=1.0850=54mm 取b2=60mm, b1=b2+5=65mm 5.校核彎曲疲勞強度 (1)齒形系數(shù)YFS，由圖3-5得：YFS1=4.35，YFs2=4.0 (2

47、)彎曲疲勞許用應(yīng)力 =YN 按齒面硬度中間值查圖4-2 得：=240MPa，=220MPa 由圖4-3得彎曲疲勞壽命系數(shù)：YN1=1 (N0=3106, N1>N0) YN2=1 (N0=3106 ,N2>N0) 按一般可靠性要求，取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1,則 =YN1=240 MPa =YN2 =220MPa (3)校核計算 ===88.6 MPa

48、 < =/=83.53 MPa < 結(jié)果：由公式計算得出=240MPa。=220MPa彎曲強度足夠。 5.齒輪傳動的潤滑與維護 5.1齒輪傳動的潤滑 齒輪傳動的潤滑對于齒輪傳動十分重要。齒輪在傳遞能量時，在某些時刻輪齒上的應(yīng)力集中在非常小的區(qū)域，該區(qū)域上的作用力很大。如果輪齒直接接觸，摩擦和磨損作用會很快使齒輪損壞。所以對于齒輪的潤滑可以減輕摩擦損失，提高傳動效率，還可以起到散熱、防銹、降低噪聲、改善工作條件、提高使用壽命等作用。 齒輪的潤滑方式：閉式齒輪傳動的潤滑方式，根據(jù)齒輪的圓周大小而定。一般有浸油潤滑和噴油潤滑兩種。對于開式齒輪傳動，由于其傳動

49、速度較低，通常采用人工定期加油潤滑方式。 潤滑劑的選擇：齒輪傳動的潤滑劑采用潤滑油。其運動黏度通常根據(jù)齒輪材料和圓周速度選取 ，并由選定的運動黏度再確定潤滑油的牌號。 5.2齒輪傳動的維護 使用齒輪傳動時，在啟動、加載、卸載及換擋的過程中應(yīng)力求平穩(wěn)，避免產(chǎn)生沖擊載荷，以防引起斷齒等故障。 經(jīng)常檢查潤滑系統(tǒng)的狀況（如潤滑油的油面高度等）。油面過低則潤滑不良，油面過高會增加攪油功率的損失。對于壓力噴油潤滑系統(tǒng)還需檢查油壓狀況，油壓過低會造成供油不足，油壓過高則可能是因為油路不暢通所致，需及時調(diào)整油壓，還應(yīng)按照使用規(guī)定定期更換或補充規(guī)定牌號的潤滑油。 注意檢查齒輪傳動的工作狀況，如有

50、無不正常的聲音或箱體過熱現(xiàn)象等。潤滑不良和裝配不符合要求是齒輪失效的重要原因，聲響監(jiān)測和定期檢查是發(fā)現(xiàn)齒輪損傷的只要方法。 結(jié)論 正由于在產(chǎn)品的設(shè)計過程中齒輪幾何參數(shù)的選擇是影響產(chǎn)品具有良好的嚙合和節(jié)能低耗效果的重要因素，如果齒輪在設(shè)計時參數(shù)的選擇不夠精確，只是采用人工憑經(jīng)驗的估算（而且有存在計算錯誤的風(fēng)險），將直接影響所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，有損企業(yè)的發(fā)展。借助計算機輔助軟件，就可以很大程度上減低了這方面的成本和風(fēng)險。在加工齒輪時，技術(shù)人員經(jīng)常要進行各種齒輪幾何及嚙合參數(shù)的計算。傳統(tǒng)方法用手工、計算器及查表計算、速度慢、精度低,即使是價格較貴的可編程

51、計算器也遠不能滿足高精度復(fù)雜計算的要求。而市場上用于齒輪計算的軟件都較貴,且不適合部分中小企業(yè)的設(shè)計需要。為此，設(shè)計了此漸開線圓柱齒輪的幾何參數(shù)計算的計算機輔助軟件。通過設(shè)計過程，掌握材料選擇，熱處理分析，齒輪尺寸及強度計算方法。 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計，是我刻苦學(xué)習(xí)，努力學(xué)習(xí)職業(yè)技能的成果，也是理論與實踐結(jié)合的一次應(yīng)用。通過本次畢業(yè)設(shè)計讓我鞏固了大學(xué)三年的學(xué)習(xí)課程，機械設(shè)計、機械制圖、數(shù)控編程、等課程。還更加深入學(xué)習(xí)編程技巧，操作機床的實踐能力，并為今后工作打下堅實基礎(chǔ)。本設(shè)計根據(jù)我院實際情況設(shè)計而定。因?qū)W生水平有限，加之時間倉

52、促，設(shè)計中不足之處和錯誤，懇請老師批評指正。 值此論文完成之際，我要向指導(dǎo)我論文的劉老師致以深深的敬意和謝意，感謝劉老師對我悉心指導(dǎo)和多次給予的方向性的建議，并感謝同學(xué)們給予了我支持和鼓勵。 參考文獻 [1] 齒輪精度國家標(biāo)準(zhǔn)宣貫工作組.齒輪精度國家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用指南[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1990 [2] 北京業(yè)余機械學(xué)院工人班集體.齒輪原理與制造[M].北京：科學(xué)出版社，1971 [3] 馬駿.C#網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用編程基礎(chǔ)[M].北京：人民郵電出版社，2008. [4] 羅斌.Visual C#.NET精彩編程實例集錦

53、[M].北京：中國水利水電出版社，2005 [5] 明日科技.C#開發(fā)經(jīng)驗技巧寶典[M].北京：人民郵電出版社，2008 [6] 江耕華，胡來瑢，陳啟松等.機械傳動設(shè)計手冊（上冊）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1982. [7] 龐振基，精密機械設(shè)計（1999第一版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008 [8] 朱孝錄，齒輪傳動設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2005 [9] 孫靖民，機械優(yōu)化設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2002 4 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 論文題目 齒輪傳動設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 機電一體化 指

54、導(dǎo)教師 職 稱 文化程度 本科 設(shè)計（論文）起止時間 2011年11月20日——2012年6月3日 1． 畢業(yè)設(shè)計（論文）課題來源及應(yīng)達到的目的： 來源于校內(nèi)的課題研究，要可以了解齒輪的基本內(nèi)容和常識，能有設(shè)計出直齒圓柱齒輪的大致步驟和目的。 2．畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求： 內(nèi)容：設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪。 要求：了解關(guān)于齒輪的具體含義，掌握材料的選擇方法，齒輪的失效形式，齒輪的選材和尺寸的選擇及強度計算。 3．進度安排： 2011.11.20～2011.12.31 收集資料，閱讀參考文獻 2012.01.01～2012.03.31 論文第

55、一稿 2012.04.01～2012.05.20 論文第二稿 2012.05.21～2012.06.03 論文第三稿 4．參考文獻： [1] 羅斌.Visual C#.NET精彩編程實例集錦[M].北京：中國水利水電出版社，2005 [2] 江耕華，胡來瑢，陳啟松等.機械傳動設(shè)計手冊（上冊）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1982. 指導(dǎo)教師簽名： 年 　月 　 日 所在專業(yè)審查意見： 專業(yè)負(fù)責(zé)人（教研室主任）簽名： 年 　 月　 日  畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 論文

56、題目 齒輪傳動設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 機電一體化 指導(dǎo)教師 職 稱 文化程度 本科 開題報告內(nèi)容： 研究現(xiàn)狀：中國齒輪制造業(yè)與發(fā)達國家相比還存在自主創(chuàng)新能力不足、新品開發(fā)慢、市場競爭無序、企業(yè)管理薄弱、信息化程度低、從業(yè)人員綜合素質(zhì)有待提高等問題?，F(xiàn)階段齒輪行業(yè)應(yīng)通過市場競爭與整合，提高行業(yè)集中度。通過自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)，，用牽頭企業(yè)的配套能力整合齒輪行業(yè)的能力與資源；實現(xiàn)專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化配套，形成大批有特色的工藝、有特色的產(chǎn)品和有快速反應(yīng)能力的名牌企業(yè)；通過技改，實現(xiàn)現(xiàn)代化齒輪制造企業(yè)轉(zhuǎn)型。齒輪作為各種機械傳動設(shè)備中的重要裝置,

57、具有傳動平穩(wěn)、承載能力強等優(yōu)點,有著廣泛的應(yīng)用范圍與前景。根據(jù)對齒輪發(fā)展歷程的總結(jié)與分析,采用適當(dāng)?shù)膫鲃臃绞胶筒牧蠈X輪進行設(shè)計,可大大提高齒輪傳動的可靠性,延長齒輪壽命。 選題意義：齒輪是各種機器上必不可少的傳動零件，對齒輪的各種性能進行測試是保證齒輪可靠的必經(jīng)之路。齒輪軸承試驗裝置能按照設(shè)計對各零件進行組裝，使之成為一套完整的傳動系統(tǒng)，并對傳動系統(tǒng)中的備零件進行多項實驗，如結(jié)合檢測系統(tǒng)，可以試驗齒輪制造精度對軸線回轉(zhuǎn)精度、傳動的震動與噪聲的影響；試驗軸承精度、支撐剛度等剝軸線回轉(zhuǎn)精度、傳動的震動與噪聲的影響；試驗齒輪潤滑和軸承潤拇對傳動震動溫升和噪聲的影響。齒輪是各行各業(yè)生產(chǎn)中必不可少的

58、機械零件，決定一個企業(yè)的高度。 設(shè)計思路：首先要掌握材料的選擇，了解其特點，因為材料決定齒輪的機械特性；通過材料的熱處理分析，選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒梢蕴岣啐X輪的性能；掌握齒輪的失效原因才能避免設(shè)計出不合格的齒輪；通過齒輪的設(shè)計過程，掌握影響齒輪的性能及使用壽命的因素。 計劃進程：在2011年11月20日到2011年12月31日期間，收集相關(guān)資料，閱讀參考文獻，清楚大概論文要求和內(nèi)容，2012年1月1日到2012年3月31日期間，構(gòu)造大體論文結(jié)構(gòu)框架并完成初稿，2012年4月1日到2012年5月20日完成論文第二稿的修改；2012年5月21日到2012年6月3日期間，完成論文第三稿的修改并定

59、稿。 參考書目： [1] 羅斌.Visual C#.NET精彩編程實例集錦[M].北京：中國水利水電出版社，2005 [2] 江耕華，胡來瑢，陳啟松等.機械傳動設(shè)計手冊（上冊）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1982. [3] 龐振基，精密機械設(shè)計（1999第一版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008 [4] 朱孝錄，齒輪傳動設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2005 學(xué)生簽名： 年 月 日 指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 注：開題報告至少應(yīng)包括以下內(nèi)容：國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、選題意義、設(shè)計思路、計劃進程、參考書目等。