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剪板机齿轮类型选择及设计计算


发布时间:2018-05-28 10:08:44  点击次数:369  来源:江海集团信息部
 

 齿轮设计

 
齿轮传动是机械传动中最重要最常用传动之一,效率高,机构紧凑,工作可靠,寿命长,传动比稳定。缺点是造价高,安装精度高,易磨损[4]。
 
1    选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数
 
1.1齿轮类型的选择
根据设计的传动方案选择直齿圆柱齿轮传动。
1.2齿轮材料的选择
由于机器工作时属于中等冲击,选取大小齿轮的材料均为45Cr(调质),齿面硬度:小齿轮271~316HBS,大齿轮为241~286HBS,取中间值,则大齿轮为263.5HBS,小齿轮为293.5HBS[8]。
1.3选取精度等级
    因其表面经过调质处理,故选用8级精度。
1.4选择齿数
选小齿轮齿数为Z1=20,大齿轮齿数Z2=uZ1=8×20=160
 
2    按齿面接触强度设计
 
由设计公式[4]进行试算,既:
                 ≥2.23              
2.1确定公式内的各个计算数值
1.试选载荷系数
=1.3
2.计算小齿轮传递的转矩
==95.5×105×N·mm=2.049×105 N·mm
3.选取齿宽系数
=0.6
4.材料的弹性影响系数
=189.8MPa
5. 接触疲劳强度
按齿面硬度查得[4]大齿轮接触疲劳强度极限=610MPa,小齿轮的接触疲劳强度极限=650MPa
6.计算应力循环次数
 
=60×240×1×(30×300×8)=1.0368×109
===0.1296×109
接触疲劳强度
查得[4]=1.0, =1.1
8. 计算接触疲劳许用应力
取失效效率为1%,安全系数=1,有
==1.0×650=650MPa
==1.1×610=671MPa
2.2计算
1.小齿轮分度圆直径
将以上所有数据代入公式(7-1)有
d1t≥2.23
                   =2.32×
                     =81.016mm
2.计算圆周速度
=1.018m/s
3.计算齿宽
=
=0.6×81.016
=48.610mm
4.计算齿宽与齿高之比b/h
模数      ===4.051mm
齿高      =2.25=2.25×4.051mm=8.041mm
=48.610/9.115=5.333
5.计算载荷系数
根据=1.081mm/s,8级精度,查得动载系数=1.1;直齿轮假设≥100N/mm;由表查得==1.2;=1.5;查得齿向载荷分配系数用内差法得 =1.23,并且=4.44,8级精度,并调质处理,查得弯曲强度计算用的齿向载荷分布系数=1.16;故载荷系数
    ==1.5×1.1×1.2×1.23=2.4354
6.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径
 ==81.016×mm=99.87mm
计算模数     
==mm=4.99mm
 
3    按齿根弯曲强度设计
 
由齿根弯曲强度的设计公式[4]:
                     ≥                (7-2)
3.1确定公式内各计算数值
1.弯曲疲劳强度
查得[8]小齿轮的弯曲疲劳强度极限=426MPa。大齿轮的弯曲疲劳强度极限=430MPa。
2.弯曲疲劳寿命系数
查得=0.88,=0.9。
3.计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数 =1.4 由得
==2677MPa
==276.4MPa
4.载荷系数K 
=
载荷系数 ==1.5×1.1×1.2×1.116=2.297。
5.计算大、小齿轮的并加以比较
==0.01621
==0.01422
小齿轮的数值大
  
3.2设计计算
=
=3.99mm
对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径(即模数与齿数的乘积)有关,可取由弯曲强度算得模数3.99并就近圆整为标准植m=4mm。按接触强度算得的分度圆直径d1=99.87mm,算出小齿轮齿数
===25
大齿轮齿数 ==8×25=200 取Z2=200
 
4    几何尺寸计算
 
4.1计算分度圆直径
==25×4=100mm 
==200×4=800mm
4.2计算中心距
===450mm
4.3计算齿轮宽度
==0.6×100=60mm
为防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大大齿轮的工作载荷,常将小齿轮的齿宽在圆整数值的基础上人为地加宽5~10mm
故取小齿轮的齿宽=65mm
大齿轮的齿宽=60mm。
 
 
 
5    验算
 
==N=4098N
= N/mm =102.45N/mm>100 N/mm
合适。
 
6    结构设计及绘制齿轮零件图
 
6.1对小齿轮的结构设计
计算小齿轮结构参数
齿顶高             ==4×1 mm =4mm              
齿根高        ==4×(1+0.25) mm =5mm         
齿全高           ==12+15mm=27mm             
齿顶圆直径     ==100+2×4mm =108mm        
齿根圆直径    ==100-2×5mm =90mm         
由于小齿轮直径不大,且中间有轴传动,故选用实心结构的齿轮。
压力角                   =20°
齿距             ==3.14×4mm =12.56mm            
基圆直径     ==100×cos20°mm =93.97mm         
基圆齿距     ==12.56×cos20°mm =11.80mm        
齿厚            ==12.56/2mm =6.28mm        
齿槽宽          ==12.56/2mm =6.28mm          
顶隙             ==4×0.25mm=1.0mm
因为小齿轮的齿顶圆直径 =108mm<160mm,所以小齿轮可以做成实心结构的齿轮[4]。小齿轮的结构如图7-1所示。
6.2对大齿轮的机构设计 
1.计算大齿轮结构参数
齿顶圆直径    ==800+2×4mm=800mm           
齿根圆直径    ==800-2×5mm =790mm        
由于大齿轮的齿顶圆直径=790mm在400~1000mm之间,,所以选用轮辐式结构的齿轮[4]。
 
2. 轮辐的设计
轮辐数取
== 65mm
因为大齿轮的材料为铸钢,所以
==1.6×65mm=104mm
=(12~16)mm    取=15mm
=(15~18)mm   取=16mm
=0.8×104mm=52mm  取=52mm
=0.8×52mm=41.6mm  取=41.6mm
=52/5mm=10.4mm      取=10.4mm
=52/6mm=8.7mm     取=8.7mm
=0.5×52=26mm    取=26mm
=95﹥≥=60mm    取=60mm
大齿轮如图7-2所示:
 

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