华科机械设计第3章设计例题

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1、机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题 例题：例题： 两级圆柱齿轮减速器由电机驱动。输入功率两级圆柱齿轮减速器由电机驱动。输入功率 P17kW，输入转速输入转速 n11000r/min，高速级传动比，高速级传动比 i 4.6，单向运，单向运转、载荷有轻微冲击、预期寿命转、载荷有轻微冲击、预期寿命 10 年、每天工作年、每天工作 8h。试设计高速级齿轮传动。试设计高速级齿轮传动。一、要求分析一、要求分析属中速、中载的一般齿轮传动属中速、中载的一般齿轮传动二、设计方案二、设计方案方案一：斜齿圆柱齿轮、材料方案一：斜齿圆柱齿轮、材料可采用软齿面，也可采用硬齿面可采用软齿面，也

2、可采用硬齿面采用斜齿轮，使传动平稳采用斜齿轮，使传动平稳方案二：斜齿圆柱齿轮、材料方案二：斜齿圆柱齿轮、材料用用45钢、软齿面；钢、软齿面；用用45钢、硬齿面。钢、硬齿面。机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题三、设计过程三、设计过程1）材料及热处理）材料及热处理 45 45大齿轮材料大齿轮材料 45 45小齿轮材料小齿轮材料小齿轮热处理小齿轮热处理 调质调质正火正火表面淬火表面淬火大齿轮热处理大齿轮热处理表表33，取中间值，取中间值小齿轮硬度小齿轮硬度 230HBS 50HRC190HBS 50HRC大齿轮硬度大齿轮硬度1170接触疲接触疲劳极限劳极限 1limH 5

3、80图图316，软齿面查图，软齿面查图b“碳钢碳钢”2limH 5501170表面淬火表面淬火软齿面时小齿轮硬度取大些软齿面时小齿轮硬度取大些表表332）确定许用应力）确定许用应力硬齿面查图硬齿面查图c“调质钢调质钢”弯曲疲弯曲疲劳极限劳极限 1limF 220340图图3172limF 210340 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 一一 方案方案 二二 机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题应力循应力循环次数环次数1N)830010(10001606011 tanN14.41082NiNN/12 3.13108每年按每年按300天计算天计算接触寿接触寿命

4、系数命系数1NZ图图31812NZ1弯曲寿弯曲寿命系数命系数1NY图图31912NY1 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 一一 方案方案 二二 安全系数安全系数minHS表表341表表34minFS1.4许用接触许用接触疲劳应力疲劳应力1HP minH1N1limH1HP/ SZ 58011702HP minH2N2limH2HP/ SZ 5501170许用弯曲许用弯曲疲劳应力疲劳应力 1FP minF1NST1limF1FP/ SYY 314 4862FP minF2NST1limF2FP/ SYY 300 4862ST Y查线查线 2，不允许，不允许出现点蚀出现点蚀方案一查线方

5、案一查线 1方案二查线方案二查线 2机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题3）确定有关参数）确定有关参数12初选螺旋角初选螺旋角选择齿轮选择齿轮精度等级精度等级表表358级级齿宽系数齿宽系数d 表表360.90.5齿数齿数1z闭式软齿面闭式软齿面 z12040闭式硬齿面闭式硬齿面 z1172526变位系数变位系数 vAKKKKK 1.251.25其中其中KK估计齿轮圆周速度估计齿轮圆周速度v9m/s2z21 z2z1i z14.6（圆整）（圆整）11997载荷系数载荷系数00AK表表31，轻微冲击，轻微冲击vK斜齿轮斜齿轮 Kv1.021.21.11.1软齿面软齿面 1

6、1.2，硬齿面，硬齿面 1.11.351.151.25 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 一一 方案方案 二二 K斜齿轮斜齿轮 K1.21.41.21.3初选范围初选范围 1015机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题4）设计计算）设计计算设计准则设计准则材料系数材料系数EZ2.450.8重合度系数重合度系数HZ节点区域系数节点区域系数189.8Z表表32Z斜齿轮斜齿轮 Z0.750.880.989因因HP2HP1，故取，故取HP=HP2550MPa 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 一一 方案方案 二二 u减速传动：减速传动：u i4.6闭式软

7、齿面：按接触强度设计，闭式软齿面：按接触强度设计，按弯曲强度校核按弯曲强度校核闭式硬齿面：按弯曲强度设计，闭式硬齿面：按弯曲强度设计，按接触强度校核按接触强度校核mm123d12HPHE1uuKTZZZZd MPa图图311 12coscos Z螺旋角系数螺旋角系数许用接触应力许用接触应力HP 齿数比齿数比方案一：方案一：按接触强按接触强度设计度设计闭式闭式 软齿面软齿面闭式闭式 硬齿面硬齿面机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题计算模数计算模数nm71.986mm222.36mma中心距中心距162350N.mm 11o33212612cos986.71cos11n

8、zdm 反算螺旋角反算螺旋角小齿轮转矩小齿轮转矩1T10001710955010955031131 nPT分度圆直径分度圆直径 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 一一 2.71mm圆整为圆整为 3 12cos2)11926(3cos2)(21n zzma圆整为圆整为 2222222)11926( 3cos2)(cos121n1 azzm 3216 . 416 . 49 . 0162350898. 12550989. 08 . 045. 28 .189 d机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题计算齿宽计算齿宽vb272mm按弯曲强按弯曲强度校核度校核79.61

9、mm1vz27.6560000100061.7910006011 ndv当量齿数当量齿数精确计算分精确计算分度圆直径度圆直径1dzm213311cos/263cos/o1n 4.17m/s与假设相符与假设相符 3vcoszz 364.39mm2d213311cos/1193o 注意：应使（注意：应使（d1d2）/2a65.7161.799 . 01d2 db b178mmmm)105(21 bb计算圆周计算圆周速度速度2vz126.541FaY2.6齿形系数齿形系数2FaY2.2 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 一一 图图314FPSaFa1n1F2 YYYYdbmKT应圆整应圆

10、整b机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题重合度系数重合度系数Y0.89校核计算校核计算弯曲应力弯曲应力1.61略略92. 085. 0 Y结构设计结构设计应力修正系数应力修正系数Sa1Y1.82Sa2Y85. 065. 0 Y螺旋角系数螺旋角系数方案一设计完成（闭式软齿面）方案一设计完成（闭式软齿面）89. 075. 061. 16 . 261.79372162350898. 12 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 一一 图图315Y0.75大则取小值大则取小值F1 弯曲强度弯曲强度满足要求满足要求MPa100 MPa3141HP 61. 16 . 282

11、. 12 . 2100Sa1Fa1Sa2Fa21F YYYY F2 弯曲强度弯曲强度满足要求满足要求MPa3002HP MPa96 机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题22.44方案二：方案二：按弯曲强按弯曲强度设计度设计当量齿数当量齿数mmcos23FPSaFad2121n YYzYYKTm v1zo331v112cos/21cos/ zz103.65v2zo332v212cos/97cos/ zz1FaY2.76齿形系数齿形系数2FaY2.22图图3141.55应力修正系数应力修正系数Sa1Y1.79Sa2Y图图315 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案

12、 二二 重合度系数重合度系数Y0.8992. 085. 0 Y85. 065. 0 Y螺旋角系数螺旋角系数Y0.8齿数少取大值齿数少取大值闭式闭式 硬齿面硬齿面机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题比较弯曲比较弯曲强度大小强度大小0088. 048655. 176. 2FP1Sa1Fa1 YY0082. 048679. 122. 2FP2Sa2Fa2 YY小小齿齿轮轮大大齿齿轮轮小齿轮强小齿轮强度弱些度弱些代入大值代入大值计算计算设计模数设计模数nm3FPSaFad2121cos2 YYzYYKT 32o20088. 05 . 02189. 08 . 012cos162

13、350234. 22 mm70. 2 165.87mma中心距中心距 12cos2)9721(75. 2cos2)(21n zzma圆整为圆整为 166 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 二二 向上靠标准模数，取向上靠标准模数，取 mn2.75mm机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题 12o126反算螺旋角反算螺旋角1662)9721(75. 2cos2)(cos121n1 azzm 59.08mm精确计算分精确计算分度圆直径度圆直径1dzm61212cos/2175. 2cos/o1n 272.92mm2d61212cos/9775. 2o 计算齿宽计算

14、齿宽vb230mm60000100008.5910006011 ndv3.09m/s与假设相符与假设相符54.2908.595 . 01d2 db b135mmmm)105(21 bb计算圆周计算圆周速度速度b按接触强按接触强度校核度校核MPa12HP211HEH uubdKTZZZZ材料系数材料系数EZ2.45HZ节点区域系数节点区域系数189.8表表32MPa图图311 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 二二 机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题0.82重合度系数重合度系数ZZ斜齿轮斜齿轮 Z0.750.880.989HP2HP1 1170MPa 11

15、70MPau减速传动：减速传动：u i4.6Z61212coscos 螺旋角系数螺旋角系数许用接触应力许用接触应力HP 齿数比齿数比 设计内容设计内容 设计依据设计依据 方案方案 二二 校核计算校核计算接触应力接触应力uubdKTZZZZ12211HE H 6 . 46 . 508.5930162350234. 22989. 082. 045. 28 .1892 MPa1170MPa1089HP 结论：接触强度满足要求结论：接触强度满足要求略略结构设计结构设计方案二设计完成（闭式硬齿面）方案二设计完成（闭式硬齿面）机械设计机械设计第三章第三章 齿轮传动设计例题齿轮传动设计例题两组方案主要结果比

16、较两组方案主要结果比较 45钢钢 45 钢钢 齿轮材料齿轮材料 齿轮热处理齿轮热处理 表面淬火表面淬火小齿轮调质小齿轮调质大齿轮正火大齿轮正火螺旋角螺旋角 齿数齿数 26 2179.61 59.08分度圆直径分度圆直径（mm） 1d2d364.39 272.923 2.75 模数（模数（mm） 齿宽（齿宽（mm） 78 35 中心距（中心距（mm）222 166设计内容设计内容 方案方案 一一 方案方案 二二 12o12611o33211z2z119 97nm1b2b72 30a分析：分析： 方案一为软齿面，加方案一为软齿面，加工工艺简单，制造成工工艺简单，制造成本低。但结构尺寸大本低。但结构尺寸大 方案二为硬齿面，加方案二为硬齿面，加工工艺复杂，制造成工工艺复杂，制造成本高。但结构尺寸小，本高。但结构尺寸小，重量轻，强度高，总重量轻，强度高，总体效益好。体效益好。 对结构尺寸无特殊要对结构尺寸无特殊要求时，可采用方案一求时，可采用方案一载荷大、要求结构紧载荷大、要求结构紧凑时，可采用方案二凑时，可采用方案二