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1、机械设计齿轮传动机械大作业齿轮传动 机械设计齿轮传动机械大作业齿轮传动 哈尔滨工业大学 机械设计作业设计计算说明书 题目齿轮传动设计 系别机械设计制造及其自动化 班号 姓名 日期2022年月日 哈尔滨工业大学 机械设计作业任务书 题目齿轮传动设计 设计原始数据: 图1带式运输机 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。 目录 1.计算传动装置的总传动比i并分配传动比 (4) 1.1总传动比 (4) 1.2分配传动比.42.计算传动装置各轴的运动和动力参数 (4) 2.1各轴的转速 (4) 2.2各轴的输入功率 (4) 2.3各轴的输入转矩 (5) 3.
2、齿轮传动设计 (5) 3.1选择齿轮材料、热处理方式和精度等级 (5) 3.2初步计算传动主要尺寸 (5) 3.3计算传动尺寸 (7) 3.4校核齿面接触疲劳强度 (8) 3.5计算齿轮传动其他尺寸 (8) 3.6齿轮的结构设计 (9) 3.7大齿轮精度设计 (10) 4.参考文献 (13) 一、计算传动装置的总传动比i并分配传动比 1.总传动比为 i=nm960=10.67nw90 2.分配传动比 由于i1为1.8,所以 i2=i10.67=5.926i11.8 二、计算传动装置各轴的运动和动力参数 1.各轴的转速 1轴n1=nm=960r/min 2轴n2=n1960r/min=533.3
3、3r/mini11.8 n2533.33r/min=90r/mini25.9263轴n3= 卷筒轴nw=n3=90r/min 2.各轴的输入功率 1轴P1=Pd=3kW 2轴P2=P1=3?0.96=2.88kW1 3轴P3=P223=2.88?0.98?0.97=2.74kW 卷筒轴PkW324=2.74?0.98?0.99=2.656卷=P 上式中:1普通带传动传动效率; 2一对滚子轴承的传动效率; 38级精度的一般传动齿轮的传动效率; 4齿轮联轴器的传动效率。 均由参考文献1表9.1查得这些值。 3.各轴的输入转矩 电动机轴的输出转矩Td为 Td=9.55?106Pd3kW=9.55?1
4、06?=2.98?104N?mmnm960r/min 所以:1轴T1=Td=2.98?104N?mm 2轴T2=T11i1=2.98?104?0.96?1.8=5.16?104N?mm 3轴 T3=T223i2=5.16?104?0.98?0.97?5.926=2.91?105N?mm 卷筒轴T卷=T324=2.91?105?0.98?0.99=2.82?105N?mm 将上述计算结果汇总与下表: 三、齿轮传动设计 1.选择齿轮材料、热处理方式和精度等级 考虑到带式传输机为一般机械,故大、小齿轮均用45钢,采用 软齿面,由参考文献2表6.2得:小齿轮调质处理,齿面硬度为 217255HBW,平
5、均硬度为236HBW;大齿轮为正火处理,齿面硬度为162217HBW,平均硬度为190HBW。题目已给出精度等级为8级。 2.初步计算传动主要尺寸 由于是软齿面开式传动,主要失效形式为齿面磨损,故按照齿根弯曲强度进行设计。 由参考文献2式6.13得 m2KT2YFYSY2dz1F 式中各参数为: 1)z1为小齿轮齿数,初取z1=17,则z2=z1i2=17?5.926=101。 2)小齿轮传递的扭矩为 T2=T11i1=2.98?104?0.96?1.8=5.16?104N?mm。 3)K为载荷系数,初取Kt=1.3。 4)由参考文献2式6.1得重合度 a=1.88-3.2(1111+)=1.
6、88-3.2?(+)=1.66z1z217101 由参考文献2图6.22查得重合度系数Y=0.7。 5)由于是是悬臂布置,由参考文献2表6.6查得d=0.3。 6)齿形系数YF和应力修正系数Ys 由参考文献2图6.20查得YF1=2.95,YF2=2.2;由图6.21查 得Ys1=1.52,YS2=1.85。 7)许用弯曲应力可由参考文献2式6.29计算得到,即 F=YNFlim算得。SF 由图6.29查得接触疲劳极限应力 Flim1=240MPa,Flim2=170MPa,由表6.7查得安全系数SF=1.25。 小齿轮和大齿轮的应力循环次数分别为 N1=60n1aLh=60?533.33?1
7、.0?1?8?250?8=5.12?108 N15.12?108 N2=8.64?107i25.926 由图6.32查得寿命系数YN1=YN2=1.0。 故许用弯曲应力 F1=YN1Flim11?240=192MPaSF1.25 F2=YN2Flim21?170=136MPaSF1.25 YF1YS12.95?1.52=0.0234F1192YF2YS22.2?1.85=0.0299 F2136 所以 初算模数mt 2KT2YFYSY2?1.3?5.16?104mt=?0.0299?0.7mm=3.19mm0 .3?172dz12FYFYSYF2YS2=0.0299FF2 3.计算传动尺寸 1
8、)计算载荷系数 由参考文献2表6.3查得使用系数KA=1.0。 =d1n1 60?1000=z1mn1?17?3.19?533.33=1.51m/s60?100060?1000 由参考文献2图6.7查得动载系数为K=1.05。 由参考文献2表6.4查得齿间载荷分配系数为K=1.1,则 K=KAKK=1.0?1.1?1.05=1.155 2)对mt进行修正,并圆整为标准模数且考虑到磨损的情况,将模数加大10%15%。 m=mtK.155?(1+15%)=3.19?1.15=3.53mmKt1.3 按参考文献2表6.1取m=4mm。 3)计算传动尺寸。 中心距 m(z1+z2)4?(17+101)
9、a=236mm22 所以 d1=mz1=4?17=68mm d2=mz2=4?101=404mm b=dd1=0.3?68=20.4mm 取b2=25mm,b1=30mm。 4.校核齿面接触疲劳强度 由参考文献2式6.7,即 H=ZEZHZ 式中各参数: 1)K、T1、b、d1值同前。 2)齿数比u=i2=5.94。2KT1u+1H2bd1u 3)由参考文献2表6.5查得弹性系数ZE=189.8MPa。 4)由参考文献2图6.15查得节点区域系数ZH=2.5。 5)由参考文献2图6.16查得重合度系数Z=0.88。 6)许用应力接触式由参考文献2式6.26,即H=ZNHlim 算得。SH 由参
10、考文献2图6.29e查得Hlim1=570MPa,图6.29a查得Hlim2=390MPa。由参考文献2图6.30查得寿命系数ZN1=1.1,ZN2=1.2(允许有局部点蚀)。由参考文献2表6.7,取安全系数SH=1.0,故 H1=ZN1Hlim1=1.1?570=627MPaSH1 H2=ZN2Hlim2=1.2?390=468MPaSH1 H=ZEZHZ2KT1u+12?1.15?515705.94+1=189.8?2.5?0.88?=457.18MPa 即满足齿面接触疲劳强度。 5.计算齿轮传动其他尺寸 1)变位系数x1=x2=0; 2)压力角=20?; 3)齿顶高系数ha=1; * 4
11、)顶隙系数c*=0.25; 5)齿顶高ha1=ha2=ham=1?4mm=4mm; 6)齿根高hf1=hf2=(ha+c*)m=(1+0.25)?4mm=5mm; 7)齿顶圆直径*da1=m(z1+2ha*)=4?(17+2?1)mm=76mm, da2=m(z2+2ha*)=4?(101+2?1)mm=412mm; 8)齿根圆直径df1=m(z1-2ha*-2c*)=4?(17-2?1-2?0.25)mm=58mm,df2=m(z2-2ha*-2c*)=4?(101-2?1-2?0.25)mm=394mm; 9)分度圆齿距p=m=12.57mm。 10)齿全高h=ha+hf=4mm+5mm=
12、9mm。 6.齿轮的结构设计 1)选择结构型式 (1)按扭矩初算轴径 dCPn 式中:d-轴的直径,mm; P-轴传递的功率,kw; N-轴的转速,r/min; C-由许用扭转剪切力确定的系数。 小齿轮所在轴中,P=2.88kw,n=533.33r/min,查参考文献2表9.4,由于小齿轮装在悬伸端,C取106,则 dCP2.88=106?mm=18.60mmn533.33 考虑到键槽削弱轴的强度,有一个键槽时,键槽所在轴段轴径增大5%,则小齿轮所在轴轴径为d=18.60?(1+5%)mm=19.53mm,按标 准GB/T28222022的Ra20系列圆整,最终,取d=20mm。查参考文 献1
13、表11.27,取轮毂上键的截面尺寸为b*h=6*6。则有齿根圆到 齿轮轮毂槽底面的距离大于2.5*m=10mm,又由于小齿轮齿顶圆da1 大齿轮所在轴中,P=2.74kw,n=90r/min,查参考文献2表9.4,由于大齿轮不装在轴端部,C取118,则 dkCP2.74=118?mm=36.85mmn90 考虑到键槽削弱轴的强度,有一个键槽时,键槽所在轴段轴径增大5%,则大齿轮所在轴轴径为dk=36.85?(1+5%)mm=38.69mm,按标准GB/T28222022的Ra20系列圆整,最终,取dk=40mm。查参考文献1表11.27,取轮毂上键的截面尺寸为b*h=12mm*8mm。则有齿根
14、圆到齿轮轮毂槽底面的距离大于2.5*m=10mm,又由于大齿轮齿顶圆da2 (2)齿轮结构尺寸的确定 毛坯加工方式采用模锻。则根据经验公式,大齿轮的结构尺寸为 图2锻造腹板式齿轮结构 D11.6dk=1.6?40mm=64mm; D2da-10m=412-10?4mm=372mm; B=(1.21.5)dk=(1.21.5)?40mm=(4860)mm,取B=55mm; D00.(5D1+D2)=0.5?(64+372)mm=218mm; d00.25(D2-D1)=0.25?(372-64)mm=77mm; 0=(2.54)m=(2.54)?4mm=(1016)mm,取0=14mm; c=(
15、0.20.3)b=(0.20.3)?25mm=(57.5)mm,取c=6mm; r=0.5c=0.5?6mm=3mm。 且有一定的起模斜度,1:10。 (3)键槽的尺寸设计 查参考文献3表6-1知取b*h=12*8, 7.大齿轮精度设计 1)确定齿轮精度等级 齿轮传动精度为8级,图样标注为8GB/T10095.1。 2)确定齿轮的必检参数及其允许值 由于d2=mz2=4?101=404mm,b2=25mm和8级精度,查参考文献1表16.3和表16.4可知: 运动精度:FP=0.094mm; 平稳性精度:fPt=0.022mm,F=0.034mm; 载荷分布均匀性:F=0.027mm。 3)确定
16、最小法向侧隙和齿厚的上下偏差 A.计算最小法向侧隙: 22jbnmin=(0.06+0.0005a+0.03m)=?(0.06+0.0005?236+0.03?4)mm=0.199mm33 式中:a-中心距,mm; m-模数。 B.齿厚的上偏差 j0.199Esns=-bnmin=-=-0.106mm2cos2?cos20? C.齿厚下偏差 齿厚公差为 Tsn=Fr+p2tan22 式中:Fr-径向跳动公差,查参考文献1表16.3取Fr=0.075mm; p-切齿径向进刀公差,查参考文献1表16.7取 p=1.26IT9=0.093mm。则Tsn=0.087mm。 则齿厚下偏差为 Esni=E
17、sns-Tsn=-0.106-0.087mm=-0.193mm 4)计算公法线的公称长度及其上下偏差 A.公法线的公称长度 由式 z101+0.512k=2+0.5=99 由式 Wk=m2.952(k-0.5)+0.014z2=4?2.952(12- 0.5)+0.014?101mm=141.448mm B.计算其上下偏差 Ebns=Esnscos=-0.106?cos20?mm=-0.100mm Ebni=Esnicos=-0.193?cos20?mm=-0.181mm 5)确定齿坏精度 A.内孔: 尺寸公差:由参考文献1表16.15得:IT7,采用基孔制配合,则内孔的尺寸公差带为H7,且为包容要求; 圆柱度公差:由参考文献1表16.15得t=IT7=0.025mm; B.顶圆: 尺寸公差:由参考文献1表16.15得:IT8,采用基轴制,所以顶圆的尺寸公差带为h8; 顶圆径向圆跳动公差:由参考文献3表8-12得, t=0.3FP=0.3?0.094=0.028mm;顶圆的圆柱度公差:t=0.025mm. C.轴向基准面 轴向跳动公差由参考文献1表16.16得t=0.032mm. 6)确定齿轮副精度 中心距极限偏差 由参考文献1表16.17得fa=0.0405mm。
限制150内