錐齒輪的設(shè)計

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1、（2）傳動方案 本次設(shè)計的山地割草機(jī)的傳動部分主要是長軸帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動，錐齒輪帶動另一錐齒輪轉(zhuǎn)動并且改變方向，最后傳到到割刀轉(zhuǎn)動，將苜蓿的根部草割斷。傳動部分的設(shè)計主要是對齒輪的設(shè)計 齒輪傳動的類型 齒輪傳動就裝置形式分： 1）開式、半開式傳動在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械以及簡易的機(jī)械設(shè)備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機(jī)殼，齒輪完全暴露在外邊，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動。齒輪傳動裝有簡單的防護(hù)罩，有時還把大齒輪部分地浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤滑

2、條件也不算最好。 2）閉式傳動而汽車、機(jī)床、航空發(fā)動機(jī)等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體(機(jī)匣)的，這稱為閉式齒輪傳動(齒輪箱)。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護(hù)等條件最好，多用于重要的場合。 本次設(shè)計的推移式割草機(jī)割草總成部分尺寸比較小，傳動齒輪尺寸和質(zhì)量比較小，轉(zhuǎn)速比較高，且沒有防護(hù)罩，如果選用開式容易損壞其壽命，因此齒輪傳動選用閉式傳動。 齒輪的設(shè)計準(zhǔn)則 齒輪傳動是靠齒與齒的嚙合進(jìn)行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、 齒面膠合以及塑性變形等。 齒輪傳動的失效形式不大可能同

3、時發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點蝕會加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件下，由于上述第一、二種失效形式是主要的，因此設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)根據(jù)實際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則。 齒輪傳動的強度計算是根據(jù)齒輪可能出現(xiàn)的失效形式進(jìn)行的。對一般齒輪傳動，目前廣泛采用的彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度兩種計算方法足以確定其承載能力。 1）、閉式齒輪傳動 軟齒面（HB≤350）閉式齒輪傳動：一般失效形式是點面點蝕，故通常先按接觸疲勞強度設(shè)計幾何尺寸，然后用彎曲疲勞強度驗算其承載能力。 硬齒面（HB≥350）閉式齒輪傳動：一般失效形式是齒根折斷，故通常

4、先按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計幾何尺寸，然后用齒面接觸疲勞強度驗算其承載能力。2）、開式齒輪傳動 屬材料是一項十分重要的工作。為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應(yīng)根據(jù)工作條件和材料的特點來選取。 對齒輪材料的基本要求是：應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性，以防止齒面的各種失效，同時應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達(dá)到齒輪的各種技術(shù)要求。 常用的齒輪材料為各種牌號的優(yōu)質(zhì)碳素對于開式齒輪傳動一般以齒根折斷和齒面磨損而失效。但目前尚無完善的磨損計算方法，故僅以齒根彎曲疲勞強度設(shè)計幾何尺寸或驗算其承載能力，并在設(shè)計計算時用適當(dāng)加大模數(shù)（增大10%或15%）

5、的辦法來考慮磨損因素的影響。 由于本次設(shè)計的手推割草機(jī)的齒輪傳動屬閉式傳動且屬于高速傳動的硬齒面，因此需按齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準(zhǔn)則。 齒輪的材料選擇及其熱處理 齒輪是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動零件。齒輪傳動通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用范圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長。在機(jī)械零件產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟(jì)性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合

6、理地選擇和使用金結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鋼、鑄鐵和非金屬材料等。一般多采用鍛件或軋制鋼材。當(dāng)齒輪結(jié)構(gòu)尺寸較大，輪坯不易鍛造時，可采用鑄鋼。開式低速傳動時，可采用灰鑄鐵或球墨鑄鐵。低速重載的齒輪易產(chǎn)生齒面塑性變形，輪齒也易折斷，宜選用綜合性能較好的鋼材。高速齒輪易產(chǎn)生齒面點蝕，宜選用齒面硬度高的材料。受沖擊載荷的齒輪，宜選用韌性好的材料。對高速、輕載而又要求低噪聲的齒輪傳動，也可采用非金屬材料、如夾布膠木、尼龍等。 鋼制齒輪的熱處理方法主要有以下幾種： 1)表面淬火常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、40Cr鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為40～55HRC。特點是抗疲勞點蝕、抗膠合能力高，耐磨性

7、好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。 2)滲碳淬火常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)56～62HRC，而齒心部仍保持較高的韌性，輪齒的執(zhí)彎強度和齒面接觸強度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進(jìn)行磨齒。 3)滲氮滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要進(jìn)行其他熱處理，齒面硬度可達(dá)700～900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的滲氮鋼，如38CrMoAlA。 4)調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如4

8、5、40Cr、35SiMn鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220～280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可在熱處理后進(jìn)行。 5)正火正火能消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理。 一般要求的齒輪傳動可采用軟齒面齒輪。為了減小膠合的可能性，并使配對的大小齒輪壽命相當(dāng)，通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出30-50HBS。這是因為小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。對于高速、重載或重要的齒輪傳動，可采用硬齒面齒輪組合，齒面硬

9、度可大致相同。 綜上所述，選擇小齒輪大齒輪材料分別為40Cr、45，調(diào)質(zhì)處理，強度極限分別為850Mpa，700Mpa，屈服極限分別為670Mpa、500Mpa，齒芯部硬度為280HBS。 齒輪精度的選擇 各類機(jī)器所用齒輪傳動的精度等級范圍列于下表中，按載荷及速度推薦的齒輪傳動精度等級如下圖所示。 各類機(jī)器所用齒輪傳動的精度等級范圍： 機(jī)器類型 精度等級范圍 機(jī)器類型 精度等級范圍 汽輪機(jī) 3~6 拖拉機(jī) 6~8 金屬切削機(jī)床 3~8 通用減速器 6~8 航空發(fā)動機(jī) 4~8 鍛壓機(jī)床 6~9 輕型汽車 5~8 起重機(jī) 7~10 載重汽車

10、7~9 農(nóng)用機(jī)器 8~11 注：主傳動齒輪或重要的齒輪傳動，精度等級偏上限選擇；輔助傳動齒輪或一般齒輪傳動，精度等級居中或偏下限選取。 錐齒輪設(shè)計步驟 選定齒輪類型。精度等級。材料及齒數(shù)、 選用標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪齒輪傳動，壓力角取20。 齒輪精度取8級，材料選擇： 小齒輪40cr（調(diào)質(zhì)）齒面硬度280HBS σb=850 σs=670 大齒輪45鋼（調(diào)質(zhì)）齒面硬度280HBS σb=700 σs=500 選小齒輪齒數(shù)z1=16,大齒輪齒數(shù)z2=21,u=1.31 1. 按

11、齒面接觸疲勞強度設(shè)計 （1） 試算小齒輪分度圓直徑，即 d1t=34KHt?R 1-0.5?R2u?ZHZEσH2 1） 確定公式中的各項參數(shù)值 試選KHt=1.3 計算小齒輪傳遞的扭矩。 T1=9.5510610/6500N?mm 選取齒寬系數(shù)ΦR=0.3 由圖查得區(qū)域系數(shù)ZH=2.5 由表查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8Mpa 計算接觸疲勞許用應(yīng)力[σH] 由圖查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為σHlim1=600Mpa, σHlim2=550Mpa 由式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=60n1JlH=606500118100015=4.147109

12、 N2=N1/u=4.147109/1.31=3.166109 由圖查取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1= 0.9 KHN2=0.92 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式得 [σH]1=KHN1σHlim1S=0.96001=540MPa [σH]2=KHN2σHlim2S=0.925501=506MPa 取[σH]1[σH]2中較小者為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即 [σH]1=[σH]2=506MPa 2）試算小齒輪分度圓直徑 d1t≥34KHt?R 1-0.5?R2u?ZHZEσH2=341.30.21301040.31—0.50.321.312.5189

13、.85062=32.50mm （2） 調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1) 計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 ① 圓周速度v。 dm1=(1-0.5ФR)=32.5(1-0.50.3)=27.625mm vm=Πdm1n1601000=π27.62565006010009.397m/s ② 當(dāng)量齒輪的齒寬系數(shù)Фd。 b=ФRd1tu2+1/2=0.332.51.312+1/2=8.025mm ?d=8.02527.625=0.290 2) 計算實際載荷系數(shù)KH ① 由表查得使用系數(shù)KA=1. ② 根據(jù)vm=9.397m/s,8級精度，由圖查得動載系數(shù)KV=1.25。 ③

14、 直齒錐齒輪精度較低，尺間載荷分配系數(shù)KHα=1. ④ 由表用插值法查的8精度、小齒輪懸臂時，得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.0 KH=KAKVKHαKHβ=1.251.2511=1.5625 3) 由式可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑為 d1=d1tKHKHt=32.531.56251.3=34.536mm 及相應(yīng)的齒輪模數(shù)，m=d1/z1=34.536/16=2.1585mm 3. 按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 （1） 由式試算模數(shù) mt≥34KHt?R 1-0.5?R2u?YFaYsa[σF]2 1）確定公式中的各項參數(shù) ①試選KFt=1.3 ②計算YFaYs

15、a[σF] 由分錐角sinδ1 /sinδ2=1.31 δ1+δ2=120 解得δ1=33.4647 δ2=86.5353 可得當(dāng)量齒數(shù)zV1=z1/cosδ1=19.180 zV2=z2/cosδ2=347.49 由圖查得齒形系數(shù)YFa1=2.88 YFa2=2.10 由圖查得應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.58 Ysa2=1.90 由圖查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為σFlim1=500Mpa σFim2=380Mpa 有圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85 KFN2=0.86 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.7，由式得 [σF]1=KF

16、N1KFN2S=0.855001.7=250Mpa [σF]2=KFN2KFN2S=0.863801.7=192Mpa YFa1Ysa1[σF]1=2.881.58250 = 0.018Mpa YFa2Ysa2[σF]2=2.101.90192=0.0207Mpa 因為大齒輪的YFaYsa[σF]大于小齒輪的，所以取 YFaYsa[σF]=YFa2Ysa2[σF]2=0.0207Mpa 2）試算模數(shù)。 mt≥34KHt?R 1-0.5?R2u?YFaYsa[σF]2=31.30.2131040.3（1-0.50.3）2162（2116）2+10.0207=0.996

17、（2）調(diào)整齒輪模數(shù) 1）計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 ① 圓周速度v。 d1=mtzt=0.99616=15.936 dm1=d1(1-0.5ФR)=15.9360.85=13.5456 vm=Πdm1n1601000=Π13.54566500601000=4.608m/s ② 齒寬b b=ФRd1u2+1/2=0.315.9360.312+1/2=2.5026mm 2)計算實際載荷系數(shù)KF。 ① 根據(jù)v=1.887m/s，8級精度，由圖查得動載系數(shù)KV=1.2 ② 直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)KFα=1 ③ 由表用插值法查得KHβ=1于是KFβ=1，則載荷系

18、數(shù)為 KF=KAKVKFαKFβ=1.251.211=1.5 4) 由式，可得按載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)為 m=mt3KFKFt=0.99631.51.3=1.0446mm 按照齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)1.25，按照接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=34.536,算出小齒輪齒數(shù)在z1=d1/m=4.536/1.25=27.6288. 取z1=28,大齒輪齒數(shù)z2=uz1=1.3128=36.75為了使兩齒輪齒數(shù)互質(zhì) 取z2=37 4. 幾何尺寸計算 （1） 計算分度圓直徑d1=z1m=281.25=35mm d2=

19、z2m=371.25=46.25mm （2） 計算分錐角δ1=46.56,δ2=73.44 （3） 計算齒輪寬度 b=ФRd1u2+1/2=0.3351.322+1/2=8.6941mm 取b1=b2=10mm 5. 結(jié)構(gòu)設(shè)計及繪制齒輪零件圖（從略） 6. 主要涉及結(jié)論 齒數(shù)z1=28,z2=37,模數(shù)m=1.25, 標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動幾何參數(shù)及尺寸 名稱 代號 小齒輪 大齒輪 分錐角 δ 46.56 73.44 齒頂高 ha 1．25 齒根高 hf 1.5 分度圓直徑 d 35 46.25 齒頂圓直徑 da 36.719 46.963 齒根圓直徑 df 32.937 45.395 錐距 R 29.000 齒根角 ?f 2.961 頂錐角 δa 49.521 76.401 根錐角 δf 43.599 70.479 頂隙 c 0.25 分度圓齒厚 s 1.9635 當(dāng)量齒數(shù) zv 40.722 129.816 齒寬 B 10