剃须刀锥形齿轮设计计算说明书样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。

FS858电动剃须刀
传动部分设计计算说明书

设计:
编制:
校对:
审核:
批准:
日期: 年 月 日

目录
一、 设计要求…………………………………………………………………………………………1
二、 设计方案拟定及确定……………………………………………………………………………1
三、 电动机的选择……………………………………………………………………………………2
四、 计算总传动比……………………………………………………………………………………3
五、 传动齿轮参数设计计算…………………………………………………………………………3
五、 动力参数设计计算………………………………………………………………………………7
六、 设计要点说明……………………………………………………………………………………7

传动系统计算及其说明书
一、 设计要求
设计目的: 设计传递带夹角的扭矩的传动系统方案以及具体参数的计算。
设计要求: 1、 输入力矩与输出力矩成23°夹角。
2、 正常剃须情况, 可工作3-4年。
3、 输出转矩Tt=3～5*10-3N.m转速nt≥2500rpm。
二、 传动方案选择
2.1方案策划
方案1、 实现传递夹角扭矩能够经过锥齿轮实现。
图2.1 锥齿轮啮合示意图

锥齿轮传动特点: 1、 锥齿轮传递两相交轴之间的运动和动力, 常见∑=90°。
2、 轮齿分布在圆锥面上。
3、 设计、 制造简单, 传动稳定, 噪声大。
4、 啮合齿轮轴心要相交在定点上, 安装精度要求较高。
方案2、 圆柱锥齿轮传动, 轴交错角23°。

图2.2 联动齿轮啮合原理图

圆柱锥齿轮传动特点:
1、 高速级齿轮为直齿轮, 介动齿轮为直齿锥齿联动齿轮, 低速级齿轮为变位圆柱直齿轮。
2、 锥齿轮为无限个变位锥齿轮面集合而成。
3、 变位啮合磨损较大。
2.2方案比较分析
方案1:
1) 采用锥齿轮传动, 锥齿轮传动结构简单, 设计、 加工、 制造容易;
2) 轮齿厚度属于标准齿轮, 疲劳强度较高, 耐磨损;
3) 安装精度要求很高。
方案2:
1) 采用圆柱锥齿轮传动, 与此介动齿轮啮合的齿轮都属于直齿轮, 加工过程较锥齿轮简单, 成本较低;
2) 另外圆柱锥齿轮安装精度要求不是很高, 降低零件的加工精度;
3) 变位齿轮有利于降低噪声。
4) 采用变位啮合, 齿轮强度相对较弱, 磨损加大, 疲劳破坏相对集中。
2.3方案选择
电动剃须刀齿轮具有负载小, 转速高, 润滑方便, 且采用耐磨塑料的特性。因此, 根据2.2方案分析和实际应用情况, 在本设计中选择方案2较合理。
三、 电动机选择
1、 电动机类型: 直流有刷微型电动机
2、 电动机参数初步估算:
( 1) 传动装置的总效率:
η总=η齿轮2×η联轴器2
=0.982×0.972
=0.90

图3.1 传动系统示意图

(2)电机所需的工作功率:
P工作= Tt×nt/9550η总
≥5×10-3×2500/9550×0.9
=1.75×10-3KW
=1.75W
3、 确定电动机转速估算:
剃须刀动刀工作转速: nt≥2500rpm。
据设计资料推荐的传动比合理范围, 取圆柱齿轮传动二级减速器传动比范围I’a=2～3。故电动机转速的可选范围为n0≥I’a×nt=( 2～3) ×2500≥5000rpm
根据估算电动机的转速和功率, 以及负载情况选择万宝至直流电机, 型号: FF180SH-3729。
4、 选择电动机的参数:
空载转速n0=7500rpm; 负载转速nr=6600rpm; 输出功率P=2W; T=16.6g.cm; Td=90.5 g.cm。
四、 计算总传动比
总传动比: i总=n电动/nt≤6600/2500=2.64
五、 各齿轮参数的确定
5.1 圆柱齿轮参数计算
5.1.1高速级齿轮参数估算
( 公式5-1)

根据空间以及装配结构, 限制了小齿轮的尺寸。小齿轮齿顶圆要小于7mm。
da=d+2*ha=(z+2)m;
其中da为齿顶圆, ha为齿顶高, m为模数, z为齿数。
图5.1 齿轮标准模数表

齿轮模数m一般是经过强度校核或者结构确定, 根据本设计轻载高速、 以及采用耐磨塑料的特性; 且塑料齿轮经过模具注塑成型, 不受刀具加工限制, 只考虑经过空间结构来选取合适的模数和齿数即可。
模数m取0.1时, 由公式公式4-1, Z=68, 明显不可取。
模数m取0.8时, 由公式公式4-1, Z=6, 明显不可取。
依次推断, 当m=0.4时, Z=15最合理。
高速级齿轮参数: m=0.4, Z1=15, α=20°, b1=3.5。
5.1.2低速级齿轮参数确定
因为本设计中传动系统属于二级减速传动系统。
( 公式5-2)
传动比i总=n电机/n输出=Z3/Z1
因此, Z3=i总×Z1
=2.6×15
=39
5.2介动齿轮参数确定
根据设计方案介动齿轮既要传递夹角扭矩, 又与直齿轮啮合; 随着离夹角愈近, 实际中心距逐渐变小; 齿形类似锥齿轮具有锥度, 实际齿形是经过计算出大小端变位系数, 用渐开线作图法确定大小端齿形面, 经过三维曲面放样而成。
介动齿轮为锥齿轮和圆柱直齿轮的双联齿轮。锥齿轮经过变位啮合改变扭矩的方向; 圆柱直齿轮传递扭矩至低速级齿轮。
5.2.1 锥齿轮设计依据
介动齿轮的圆锥齿轮齿数确定依据:
1） 空间结构, 即介动齿轮到传动齿轮的中心距来确定大概取值范围。
2） 变位系数确定了锥齿轮的齿形。
3） 设计、 加工制造方便。
5.2.2 锥齿轮齿数计算( 单位mm)
5.2.2.1根据装配结构, 估算锥齿轮齿数。
高速级齿轮与介动齿轮安装示意图如图5.2所示。
图5.2 高速齿轮与介动齿轮安装原理图

其中a=7.85, b=8.386, n=7.745, β=23°;
高速级齿轮参数: m=0.4, Z1=15, α=20°da1=6.8, df1=5, c=0.25;
图中所示锥齿轮的齿形是经过变位系数生成的齿面, 用3维绘图工具放样生成。
设介动齿轮锥齿轮齿数为Z21, 直齿齿数为Z22。
图5.2中a、 b、 n为变位实际中心距。
( 公式5-3)
由标准中心距a'=1/2*m( Z21+ Z1) ,
代入a、 b值。
当a'=a时, Z21=24.25;
当a'=b时, Z21=26.93。
锥齿轮齿顶圆da1=1/2*m( Z21+ 2) ≤b-( 1/2* df1+c) ; 代入以上数据: Z21≤27.5。
5.2.2.2介动齿轮锥齿轮参数计算
1)介动齿轮齿数的确定
变位齿轮的锥齿形是由当量齿轮的齿数和变位系数确定, 本设计中的锥齿轮轮齿是由无数个变位齿轮面叠加而构成。
( 公式5-4)
变位锥齿轮的当量齿数Zv=Z21/cosβ。
当Z取20到27的参数时, Zv依次为21.72、 22.81、 23.899、 24.986、 26.072、 27.15、 28.24、 29.33。
经过比较, 当Z=23时, 当量齿数最接近整数。取此值既满足设计参数要求, 又便于设计、 加工等要求。
由此Z21=23, Zv=24.986, 为方便作图设计取Zv=25。
2） 介动齿轮锥齿轮变位系数计算
由图4.2可知锥齿轮大端实际中心距b=8.386, 小端实际中心距a=7.85。
介动齿轮锥齿轮标准中心距a'=1/2*m( Zv+ Z1) =8。
高速级齿轮X1=0。
小端锥齿轮的变位系数计算:
( 公式5-5)
两齿轮啮合过程啮合角α'=arccos[( a'/ a) cosα]
=16°44′
( 公式5-6)
啮合总变位系数X∑= (zv+z1)×(invα'- invα)/2tanα
=( 25+15) ×( 0.0085969-0.0149044) /2×0.36397
=-0.346
( 公式5-7)
再由X∑=X2小 +X1,
∴ X2小=-0.346
同理, 计算大端锥齿轮的变位系数:
大端实际中心距b=8.386,
代入公式4-3、 4-4、 4-5计算公式可得,
X2大=1.12
5.2.3介动齿轮直齿轮参数设计
1） 介动齿轮直齿轮齿轮确定
介动齿轮直齿轮与低速级齿轮啮合如图5.3所示。
其中c=12.3, d=24。
低速级齿轮参数: m=0.4, Z3=39, α=20°。
假设标准中心距a=1/2*m( Z22+ Z3) =c。
则Z22=22.5。
又Z21=23,
因为介动齿轮为锥齿轮和直齿轮的联动齿轮, 方便加工制造,
取Z22= Z21=Z2=23。
图5.3 低速齿轮与介动齿轮安装模拟图

2） 介动齿轮直齿轮参数
介动齿轮直齿轮与介动齿轮锥齿轮同轴, 其相对与高速级圆柱直齿轮同样存在变位系数。为便于模具制造, 直齿轮的齿顶圆要小于锥齿轮小端的齿顶圆。
直齿轮末端相对于锥齿轮实际中心距n=7.745。
代入公式4-3、 4-4、 4-5计算公式可得, X2=-0.55。
介动齿轮直齿轮的参数: m=0.4, Z2=23, α=20°X2=-0.55, b=2。
5.2.4低速级齿轮参数计算
圆柱锥齿轮的圆柱直齿轮参数: m=0.4, z2=23, α=20°,x2=-0.55。
圆柱锥齿轮圆柱直齿轮与低速级圆柱直齿轮中心距a'=c=12.3。
低速级圆柱直齿轮m=0.4, z3=39, α=20°。
啮合齿轮标准中心距a=m( z2+z3) /2=12.4
啮合角α'=arccos[( a/ a') cosα]
X∑= (z2+z3)×(invα'- invα)/2tanα
因此, 低速级齿轮的变位系数为X3= X∑-X2=0.308。
低速级圆柱直齿轮参数: m=0.4, z3=39, α=20°, X3=0.308, b=1.5。
5.2.5各传动齿轮齿形设计
5.2.5.1高速级齿轮齿形设计
高速级齿轮属于标准圆柱直齿轮, 因此按照一般渐开线齿轮设计即可。
5.2.5.2低速级齿轮齿形设计
低速级齿轮属于正变位圆柱直齿轮, 变位齿轮分度圆、 基圆、 齿距与标准齿轮相同, 齿厚、 齿槽宽、 齿顶高、 齿根高与标准齿轮不同。
( 公式5-8)
S=pi*m/2+2Xmtanα,
( 公式5-9)
e= pi*m/2-2Xmtanα,
( 公式5-10)
ha=( ha′+X) *m,
( 公式5-11)
hf=( ha′+c-X) *m,
依据上述公式, 计算出齿顶圆、 齿根圆直径:
da3=d+2ha=16.6464, df3= d-2hf=14.8464。
根据上述数据, 可依照渐开线齿轮设计进行设计。
5.2.5.3介动齿轮齿形设计
1) 介动齿轮直齿轮齿形设计
本设计同5.2.5.2小结中直齿轮设计过程相同。
计算得da22=d+2ha=10.36, df22= d-2hf=8.56
2) 介动齿轮锥齿轮齿形设计
锥齿轮齿形设计分两个步骤, 即首先设计出锥齿轮的两个端面的齿形, 然后用三维软件放样曲面, 可得到平滑的三维锥齿。
大小端端面齿形与上述计算齿形相同, 不再赘述。
大端锥齿轮变位系数X2大=1.12, 大端实际中心距b=8.386,
小端锥齿轮变位系数X2小=-0.346, 小端实际中心距a=7.85。
由此可见, 锥齿轮从大端到小端, 变位系数与实际中心距的函数为递减函数, 并经过X2=0, a′=8的点。
五、 计算各齿轮的转速、 功率
1、 计算各齿轮转速( r/min)
i1=z2/z1=23/15=1.533
i2=z3/z2=39/23=1.7
n1=n电机=6600r/min
n2=n1/i1=6600/1.533=4305r/min
n3=n2/i2=4305/1.7=2532r/min
2、 计算各齿轮传递的功率( W)
P1=P工作=2W
P2=P1×η齿轮=2×0.98=1.96W
P3=P2×η齿轮=1.96×0.98=1.9208W
P动刀=P3×η联轴器2=1.9208×0.972=1.867W
3、 计算各齿轮轴扭矩( N·mm)
T1=9.55×103P1/nI=9.55×106×2×10-3/6600
=2.89N·mm
T2=9.55×106P2/n2
=9.55×106×1.96×10-3/4305
=4.35N·mm
T3=9.55×106P3/n3=9.55×106×1.867×10-3/2532
=7.04N·mm
六、 传动零件的设计说明
6.1本设计采用变位齿轮传递扭矩。
变位齿轮具有以下特点:
1、 正变位齿轮齿根变厚, 齿顶变尖; 负变位齿轮齿根变薄, 齿顶变宽。
2、 负变位齿轮重合度有所提高, 磨损较快; 正变位重合度略有降低, 可是齿轮强度提高, 磨损减轻。
6.2本传动设计中主要是介动齿轮的设计, 以传递夹角23°的扭矩
本传动设计具有以下特点:
1、 高速轻载。
2、 齿轮材料采用耐磨POM。
3、 齿轮经过模具注塑而来。
4、 轴孔配合采用间隙配合, 便于润滑。
5、 中心距采用+0.05公差值, 可加大顶隙。
总之, 对于一般的设计计算要核算齿轮的强度, 本设计基于传动特点和实际应用环境不进行强度校核。

参数

Tt=3～5*10-3N.m
nt≥2500rpm

∑=23°

η总=0.90

P工作≥1.75W

nr=6600rpm
P=2W
T=16.6g.cm
Td=90.5 g.cm。

i总≤2.64,
取i=2.6

m=0.4
Z1=15
α=20°
b1=3.5

Z3=39

a=7.85
b=8.386
n=7.745
β=23°
m=0.4
Z1=15
α=20°
da1=6.8
df1=5
c=0.25

Z21≤27.5

Z21=23
Zv=24.986

X2小=-0.346

X2大=1.12

c=12.3
d=24

Z2=23

X2=-0.55
m=0.4
Z2=23
α=20°
X2=-0.55
b=2

m=0.4
z3=39
α=20°
X3=0.308
b=1.5

da3=16.6464
df3=14.8464
da22=10.36
df22=8.56

i1=1.533
i2=1.7
n1=6600r/min
n2=4305r/min
n3=2532r/min

T3=7.04N·mm