翻板機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中齒輪的選擇與校核計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u16348翻板機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中齒輪的選擇與校核計(jì)算案例 1238831.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1243451.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 2151811.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 4291921.4幾何尺寸計(jì)算 7233661.5圓整中心距后的強(qiáng)度校核 8268571.6主要設(shè)計(jì)結(jié)論 101.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)圖3為齒輪結(jié)構(gòu)圖，齒輪相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)力裝置，它運(yùn)行的時(shí)候會(huì)推動(dòng)動(dòng)力的流動(dòng)，它是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中不可或缺的一部分。正常工作狀態(tài)下的齒輪，可以實(shí)現(xiàn)傳功功能，目前運(yùn)用最廣泛的傳動(dòng)裝置和最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)是齒輪傳動(dòng)裝置，并且齒輪是許多機(jī)械設(shè)備的核心部件，機(jī)械設(shè)備運(yùn)用齒輪需滿足兩個(gè)技術(shù)要求，一是脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及表面摩擦應(yīng)力的一般工況條件，二是包括短期超載及不規(guī)則的沖擊荷載在內(nèi)的特殊工況條件。圖3齒輪結(jié)構(gòu)圖所以齒輪本身的性能指標(biāo)比較高，承載能力比較強(qiáng)，有著極高的柔韌性。其次，對(duì)于工作空間的限制，要求齒輪尺寸不能隨著機(jī)械設(shè)備功率的增大而增大，否則，容易導(dǎo)致齒輪的表面接觸疲勞應(yīng)力及彎曲應(yīng)力增大，除此之外，齒輪還必須保證材料的接觸疲勞及彎曲疲勞性能[11]。（1）選擇合適類型的齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，控制壓力角和初選螺旋角的度數(shù)。一般壓力角為α＝20°，初選螺旋角為β＝14°。（2）翻轉(zhuǎn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，對(duì)齒輪精度比較高，要保證精度的合理性，選用7級(jí)精度。（3）材料選擇。材料選擇要嚴(yán)謹(jǐn)，不同材料的硬度標(biāo)準(zhǔn)不同，要控制其指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。選擇小齒輪材料為40Cr，齒面硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，齒面硬度為240HBS。（4）選小齒輪齒數(shù)z1＝20大齒輪齒數(shù)z2＝u·z1＝6.7×20＝1341.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t≥QUOTE22KHtT1?d確定公式中的各參數(shù)值選取載荷系數(shù)KHt＝1.3②計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1＝9.55×QUOTE106Pn1=9.55×③選取齒寬系數(shù)Φd＝1④區(qū)域系數(shù)ZH＝2.433⑤材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa1∕2⑥計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Zεαt＝arctan(tanαn/cosβ)＝arctan(tan20°/

cos14°)＝20.562°αat1＝arccos[z1cosαt/(

z1＋2h*ancosβ)]＝arccos[20×

cos20.562°/(20＋2×1×cos14°)]＝31.408°αat2＝arccos[z2cosαt/(

z2＋2h*ancosβ)]＝arccos[134×

cos20.562°/(134＋2×1×cos14°)]＝22.642°εα＝[z1(tanαat1－tanαt')＋z2(tanαat2－tanαt')]/2π＝[20(tan31.408°－tan20.562°)＋134(tan22.562°－tan20.562°)]/2π＝1.645εβ＝Φdz1tanβ/π＝1×20×tan14°/π＝1.588QUOTEZε＝4-εβ31-ε⑦螺旋角系數(shù)QUOTEZβ=cosβ=cos14o⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為σHlim1＝600MPa、σHlim2＝550MPa。計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1＝60n1jlh＝60×750×1×(2×8×300×15)＝3.24×109N2＝N1/u＝3.24×109/6.7＝4.836×108接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1＝0.9KHN2＝0.95選取失效概率為1%、安全系數(shù)S＝1，選取[σH]1和[σH]2中較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]＝[σH]2＝523MPa計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t≥32KHtT22×1.3×2.332×＝110.215mm（2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)①圓周速度vvQUOTE=πd1n160×1000=②齒寬bb＝Φdd1t＝1×110.215mm＝110.215mm2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH①使用系數(shù)KA＝1②根據(jù)v＝4.328/s、7級(jí)精度，得，動(dòng)載系數(shù)Kv＝1.12③齒輪的圓周力Ft1＝2T1/d1t＝2×2.332×106/110.215N＝4.24×104NKAFt1/b＝1×4.24×104/110.215N/mm＝384.703N/mm＞110N/mm齒間載荷分配系數(shù)KHα＝1.2④使用插值法得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，齒向載荷系數(shù)為KHβ＝1.434所以，實(shí)際載荷系數(shù)為KH＝KAKVKHαKHβ＝1×1.12×1.2×1.434＝1.93按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑QUOTEd1=dt12KH齒輪模數(shù)m＝d1cosβ/z1＝125.732×cos14°/20mm＝6.000mm1.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)(1)計(jì)算模數(shù)Mt≥QUOTE22KFtT1Yε1)確定公式中的各參數(shù)值①選取KFt＝1.3。②計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)βb＝arctan(tanβcosαt)＝arctan(tan14°cos20.526°)＝13.140°εαv＝εα/cos2βb＝1.645/cos213.140°＝1.734Yε＝0.25＋QUOTE0.75εav=0.25+0.751.734③計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù)Yβ＝1－1QUOTE-εbβ1200=1-1.588×14④計(jì)算QUOTEYFaYsaσF當(dāng)量齒數(shù)Zv1＝Z1/cos3β＝20/cos314°＝21.89Zv2＝Z2/cos3β＝134/cos314°＝146.66齒形系數(shù)YFa1＝2.74YFa2＝2.17應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1＝1.57Ysa2＝1.82小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為σFlim1＝500MPa、σFlim2＝380MPa。彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1＝0.85、KFN2＝0.88。選取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4。[σF]1＝QUOTEKFN1σFLIM1S=[σF]2＝QUOTEKFN2σFLIM2S=YY由于大齒輪的QUOTEYFaYsaσFYY2)計(jì)算模數(shù)Mt≥QUOTE22KFtT1YεY=(2)調(diào)整齒輪模數(shù)1)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)①圓周速度vd1＝m1z1/cosβ＝5.087×20/cosβ＝104.85mm

v＝②齒寬bb＝Φdd1＝1×104.85mm＝104.85mm③寬高比bQUOTE//hh＝(2ha＋c)mt＝(2×1＋0.25)×5.087＝11.45mmQUOTEbh=104.8511.45bh=2)計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF①根據(jù)v＝4.36m/s,7級(jí)精度，得動(dòng)載系數(shù)Kv＝1.12②由Ft1＝2T1/d1＝2×2.332×106/104.85＝4.620×104N，KAFt1QUOTE//b＝1×4.260×10QUOTE//104.85＝406NQUOTE//mm＞100N/mm，得齒間載荷系數(shù)KFα＝1.2。③使用插值法得KHβ＝1.432，結(jié)合bQUOTE//h＝9.16，查圖得KFβ＝1.42。因此載荷系數(shù)為KF＝KAKVKFαKFβ＝1×1.12×1.2×1.42＝1.91按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)m＝QUOTEm12KFKFt=5.087×通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，齒面模數(shù)數(shù)值呈動(dòng)態(tài)變化的趨勢(shì)，受多方面的因素影響，齒輪模數(shù)的大小數(shù)值與彎曲疲勞強(qiáng)度之間有著直接的聯(lián)系，齒輪的疲勞強(qiáng)度決定了承載能力高低，這里我們經(jīng)過(guò)對(duì)彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，得出模數(shù)為5.783mm并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值mn＝6mm，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1＝125.732mm，計(jì)算出小齒輪齒數(shù)z1＝d1cosβ/m＝125.732×cos14°/6＝20.32mm。取z1＝21，因此大齒輪齒數(shù)z2＝uz1＝6.7×21＝140.7，取z2＝141，z1與z2互為質(zhì)數(shù)。以這樣的方式進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)，可以最大程度上提高齒輪的傳動(dòng)性，同時(shí)結(jié)構(gòu)之間的連接更為緊湊。1.4幾何尺寸計(jì)算(1)計(jì)算中心距a＝QUOTEZ1+Z2mn2cosβ取圓整為500mm。(2)按圓整后的中心距修正螺旋角β＝arccosQUOTEZ1+Z2mn2a(3)計(jì)算分度圓直徑d1＝QUOTEZ1mncosβ=d2＝QUOTEZ1mncosβ=計(jì)算齒輪寬度b＝Φdd1＝1×129.63＝129.63mm由于在安裝時(shí)候存在不可避免的安裝誤差，為了保證齒寬b和節(jié)省使用材料，可以將小齒輪略微加寬(5～10)mm，即b1＝b＋(5～10)mm＝129.63＋(5～10)mm＝134.63～139.63mm。取b1＝135mm，使得大齒輪的齒寬等于設(shè)計(jì)齒寬，即b2＝b＝130mm。1.5圓整中心距后的強(qiáng)度校核將中心距圓整至a'＝500mm(1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核KH＝1.93小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1＝9.55×106P/n1＝9.55×106×183.5/750N·mm＝2.332×106N·mm齒寬系數(shù)Φd＝1分度圓直徑d1＝129.63mm傳動(dòng)比U＝6.7區(qū)域系數(shù)ZH＝2.435材料的彈性影響系數(shù)ZE＝189.8MPa1/2計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)αt＝arctan(tanαn/cosβ)＝arctan(tan20°/

cos13.59°)＝20.529°αat1＝arccos[z1cosαt/(

z1＋2h*ancosβ)]＝arccos[21×

cos20.529°/(21＋2×1×cos13.59°)]＝31.002°αat2＝arccos[z2cosαt/(

z2＋2h*ancosβ)]＝arccos[141×

cos20.529°/(141＋2×1×cos13.59°)]＝22.518°εα＝[z1(tanαat1－tanαt')＋z2(tanαat2－tanαt')]/2π＝[21(tan31.002°－tan20.529°)＋141(tan22.518°－tan20.529°)]/2π＝1.657εβ＝Φdz1tanβ/π＝1×21×tan13.59°/π＝1.616Zε＝QUOTE4-εβ31-εβεβε螺旋角系數(shù)Z計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的螺旋角系數(shù) Yβ＝1QUOTE-εββ120°代入得：σH＝QUOTE2KHT1?dd12×1.93×2.332×滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求。(1)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核KF＝KAKVKFαKFβ＝1.91小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩T1＝9.55×106P/n1＝9.55×106×183.15/750N·mm＝2.332×106N·mm齒形系數(shù)YFa1＝2.60YFa2＝2.12應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1＝1.62Ysa2＝1.83彎曲疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)QUOTEYεYε=0.25QUOTE+0.75εα+0.75εα=0.25QUOTE+0.751.6