哈工大机械设计大作业-齿轮传动方案5.1.1.doc

目 录

一.选择齿轮材料、热处理方式、精度等级…………………………02
二.初步计算传动主要尺寸……………………………………………02
1)小齿轮传递的转矩……………………………………………03
2)齿数的初步确定…………………………………………………03
3)齿宽系数的确定………………………………………………04
4)载荷系数的确定………………………………………………04
5)齿形系数和应力修正系数…………………………………04
6)重合度系数的确定……………………………………………04
7)许用弯曲应力的确定……………………………………………04
8)初算模数…………………………………………………………05
三.计算传动尺寸………………………………………………………05
1)计算载荷系数K…………………………………………………05
2)圆整m……………………………………………………………06
3)计算传动尺寸……………………………………………………06
四.齿面接触疲劳强度的校核………………………………………06
五.大齿轮结构尺寸的确定……………………………………………07
1）齿轮结构型式的确定……………………………………………07
2）轮毂孔径的确定…………………………………………………07
3）齿轮结构尺寸的确定……………………………………………08
参考文献：……………………………………………………………08

题目:设计带式运输机中的齿轮传动
带式运输机的传动方案如图1所示，机器工作平稳、单向回转、成批生产，其他数据见表1。

图1

表1 带式运输机中V带传动的已知数据
方案
电动机工作功率
电动机满载转速
工作机的转速
第一级传动比
轴承座中
心高
最短工作
年限
工作环境
5.1.1
3
960
90
1.8
150
8年1班
室外、有尘
一.选择齿轮材料、热处理方式、精度等级
由于运输机的大齿轮结构为对称式，齿宽系数仅能取到1.左右。由指导手册可知，本装置的齿轮传动为开式齿轮传动，导致在齿面解除疲劳强度校核时，对接触疲劳极限要求很高，故在本设计中采用硬齿面，大小齿轮均选用40Cr，表面淬火处理。
由参考文献1表8.2查得齿面硬度为4855HRC。
由参考文献2表16.1查得，齿轮可选用8级精度。

二.初步计算传动主要尺寸
因为齿轮采用软齿面开式传动，齿面磨损是其主要失效形式。由于目前对于齿面磨损还无完善的计算方法，因此通常按齿根疲劳强度进行设计，然后考虑磨损的影响，一般将算的模数增大10%-15%之后再取标准值。
下面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

式中：——齿形系数，反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力的影响；
——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；
——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；
——许用齿根弯曲应。
1)小齿轮传递的转矩

式中：——V带轮的传动效率；
——对滚动轴承的传递的功率；
由参考文献2表9.1查得，取，，代入上式，得:

总传动比：
分配传动比：å
式中： ——第一级传动比，。
则：。
电动机轴
Ⅰ轴
小齿轮转速为

所以：
2)齿数的初步确定
初选小齿轮
设计要求中齿轮传动比，故：

参考文献4中提到当齿数大于100时，为加工方便，优先选择非质数的齿数，107为质数。而且选择齿数为100后可发现求得的大齿轮距离地面过近且需要负变位。综合考虑后选择。此时传动比误差为

显然满足要求。
3)齿宽系数的确定
由于大齿轮在轴承上为对称布置，软齿面，由参考文献1表8.6查得，选取齿宽系数
4)载荷系数的确定

此时各系数无法选择。初选。
5)齿形系数和应力修正系数
首先，假设齿轮变位系数为0。由参考文献1图8.19查得齿形系数：
，
由参考文献1图8.20查得应力修正系数：
，
6)重合度系数的确定
对于标准外啮合直齿圆柱齿轮传动，端面重合度

式中：、——齿数
把 ， ，代入上式得

由参考文献1图8.21查得重合度系数：
7)许用弯曲应力的确定

由参考文献1图8.29弯曲疲劳极限应力：

由表8.7查得安全系数

小齿轮与大齿轮的应力循环次数可按下式计算

式中: n——齿轮转速，r/min；
a——齿轮转一周，同一侧齿面啮合的次数；
——齿轮的工作寿命，h（小时）
代入数值，分别有

由参考文献1图8.30 得，弯曲强度寿命系数
故弯曲应力

因为
所以

8)初算模数

初选模数。
三.计算传动尺寸
1)计算载荷系数K
设计要求机器工作平稳，由参考文献1表8.3查得

由参考文献1图8.7得动载荷系数 取
考虑到轴的刚性，且齿轮悬臂布置，由参考文献1图8.11得齿向载荷分布系数 取
由参考文献1表8.4得齿间载荷分布系数，则：

2)圆整m

对于开式齿轮传动，为考虑齿面磨损，要将上式计算出来的模数m后，增大10%-15%，故

由参考文献1表8.1，圆整取第一系列标准模数3mm。
3)计算传动尺寸
中心距

所以

取
因为

则。
四.齿面接触疲劳强度的校核
齿面接触疲劳强度校核计算公式：

式中：——齿数比，为大齿轮齿数与小齿轮齿数之比，；
——“+”号用于外啮合齿轮传动，“-”用于内啮合齿轮传动；
——材料弹性系数，根据配对的大，小齿轮的材料有参考文献1表8.5可查得:
——节点区域系数，按参考文献1图8.14查取。对于直齿轮，，由变位系数查得
——重合度系数，是考虑重合度对齿面接触应力影响的系数。根据端面重合度和轴面重合度按参考文献1表8.15查取。查得
实际齿数比为。
代入数据，得

许用接触应力满足

由参考文献1图8.28g查得
由参考文献1图8.29查得两齿轮相等，即。，取
故

即满足齿面接触疲劳强度。
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
满足要求。

为了减少质量和节约材料，采用锻造腹板式（模锻）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，此处按照扭矩初算轴径

式中：d——轴的直径；
——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;
——许用扭转剪应力，MPa;
C——由许用扭转剪应力确定的系数；
根据参考文献4表6-1-19查得 ，由于齿轮不装在轴端部，故C取大值。
所以

本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大5%，即

按照的系列圆整，取 。
根据，键的公称尺寸，轮毂上键槽的尺寸，。
3）齿轮结构尺寸的确定
参照参考文献1图8.39，模锻
；（考虑到两个倒角后实际接触齿宽度为15mm）；
；
；
；
，；
，取=10mm；
，取C=16mm。
r=0.5C=8mm
取l=60mm
参考文献：
[1]王黎钦，陈铁鸣. 机械设计. 第四版. 哈尔滨： 哈尔滨工业大学出版社，2008.
[2]唐金松. 简明机械设计手册. 第三版. 上海科学技术出版社，2009.
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