机械设计基础 机械设计基础 单元6-4-1 齿轮的设计一.ppt

齿轮的结构设计 通过强度和几何尺寸的计算，已确定主要参数和尺寸。还要设计其结构和其它尺寸。常用结构形式有： 1.齿轮轴： X 2.5 mn 2.实心齿轮 当齿轮的齿顶圆直径d a≤200mm 时，可采用实体式结构。这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。 3.腹板式齿轮 当齿轮的齿顶圆直径da=200--500mm时，可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造。 4.轮辐式齿轮 当齿轮的齿顶圆直径da500mm时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。 * * 四、齿面接触疲劳强度计算 根据材料力学知识，可得： u：齿数比，减速：u=i；增速：u=1/i ±：外啮合、内啮合齿轮； ZE：材料弹性系数，查表11-9。 ZH：节点区域系数，标准直齿轮正常安装时ZH=2.5; 设计公式： 校核公式： ：两齿中较小的许用接触应力。 表11-9 材料弹性系数ZE （ ） 大齿轮 材料 小齿轮材料 钢 铸 钢 铸 铁 球 墨 铸 铁 钢 189.8 188.9 165.4 181.4 铸钢 188.9 188.0 161.4 180.5 五、齿轮传动设计参数的确定及许用应力 ①齿数Z1 闭式软齿面齿轮（点蚀）→ Z1=20 ～ 40。 闭式硬齿面齿轮（弯曲疲劳）→Z1=17 ～ 20 。 ②模数m 在满足齿根弯曲强度条件下，尽量小些，以增加齿数，减少根切量；传递动力齿轮，m=(0.007～0.02)a，一般取值为2 ～8mm。 1、设计参数的确定 ④齿宽系数 齿宽系数↑，径向尺寸↓，齿轮圆周速度↓。 但齿宽系数↑，载荷分布越不均匀。 为便于装配和补偿轴向变动量，取小齿轮宽度比大齿轮齿宽大5-10mm。 ③传动比 i 一般齿轮传动，常取i ＜7； 若i ≥ 7，应采用多级传动，以减少传动装置的尺寸。开式齿轮传动，传动比可取得大一些，imax = 8～12。 2、许用应力 弯曲疲劳许用应力[бF]： 接触疲劳许用应力[бH] ： 齿面接触疲劳安全系数，一般场合取1；损坏后果严重的取1.25～1.35 接触疲劳强度极限，查图11-26 弯曲疲劳安全系数， 一般场合取1；损坏后果严重的取1.5 齿轮的弯曲疲劳强度极限，查图11-25 ZN ,YN ----寿命系数， 查图11-27,11-28。 齿轮材料的σFlim 齿轮材料的σHlim 弯曲疲劳寿命系数YN 接触疲劳寿命系数ZN 六、设计流程及应用实例 设计流程 【例11-3】如图11-1b所示带式输送机减速器采用直齿圆柱齿轮传动，已知i = 4，n1 = 750r/min，传递功率P = 5kW，工作平稳，单向传动，单班工作制，每班8h，工作期限10年。试设计此对直齿圆柱齿轮。 解：设计过程及结果见教材表11-10 齿轮传动的精度 制造和安装齿轮传动装置时，不可避免地会产生误差。误差对传动带来以下三方面的影响： 1.相啮合齿轮在一转范围内实际转角与理论转角不一致，即影响传递运动的准确性。 2.瞬时传动比不能保持恒定不变，齿轮在一转范围内会出现多次重复的转速波动，特别在高速传动中将引起振动、冲击和噪声，即影响传动的平稳性。 3.齿向误差能使齿轮上的载荷分布不均匀，当传递较大转矩时，易引起早期损坏，即影响载荷分布的均匀性。 GB10095一88对圆柱齿轮及齿轮副规定了12个精度等级和14种齿厚偏差。 按照误差的特性及它们对传动性能的主要影响，将齿轮的各项公差分成三个组，分别反映传递运动的准确性、传动的平稳性和载荷分布的均匀性。 齿轮的结构设计 通过强度和几何尺寸的计算，已确定主要参数和尺寸。还要设计其结构和其它尺寸。常用结构形式有： 1.齿轮轴： X 2.5 mm 2.实心齿轮 当齿轮的齿顶圆直径d a≤200mm 时，可采用实体式结构。这种结构型式的齿轮常用锻钢制造。 3.腹板式齿轮 当齿轮的齿顶圆直径da=200--500mm时，可采用腹板式结构。这种结构的齿轮多用锻钢制造。 4.轮辐式齿轮 当齿轮的齿顶圆直径da500mm时，可采用轮辐式结构。这种结构的齿轮常用铸钢或铸铁制造。 一、标准直齿圆柱齿轮的受力分析 圆周力 径向力 法向力 (N.mm) 11.7 直齿圆柱齿轮的受力分析与强度计算 力的方向 各力的方向 Ft ：主动轮上与运动方向相反 从动轮上与运动方间相同 Fr ：由作用点指向轮心 Fn ：沿法线背离啮合点 = ①各力关系：作用在主动轮和从动轮上的对应力等值反向 ，即 　　计算载荷（Fnc）： Fnc= KFn 法向力Fn表示理想状态下的名义载荷。 二、轮齿的计算载荷 载荷状态 工作机举例