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齿轮传动的 设计参数、许用应力与精度选择

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发表于 28-3-2009 20:21:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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齿轮传动的 设计参数、许用应力与精度选择
(一)齿轮传动设计参数的选择
压力角α的选择
  由机械原理可知,增大压力角α,轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加,有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为α=20°。为增强航空用齿轮传动的弯曲强度及接触强度,我国航空齿轮传动标准还规定了α=25°的标准压力角。但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近2的高速齿轮传动,推荐采用齿顶高系数为1~1.2 ,压力角为16°~18°的齿轮,这样做可增加轮齿的柔性,降低噪声和动载荷。
小齿轮齿数 z1 的选择
  若保持齿轮传动的中心距 a 不变,增加齿数,除能增大重合度、改善传动的平稳性外,还可减小模数,降低齿高,因而减少金属切削量,节省制造费用。另外,降低齿高还能减小滑动速度,减少磨损及减小胶合的可能性。但模数小了,齿厚随之减薄,则要降低轮齿的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内,尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时,以齿数多一些为好。闭式齿轮传动一般转速较高,为了提高传动的平稳性,减小冲击振动,以齿数多一些为好。小齿轮的齿数可取为 z1=20~40。开式(半开式)齿轮传动,由于轮齿主要为磨损失效,为使轮齿不至过小,故小齿轮不宜选用过多的齿数,一般可取z1=17~20。
  为使轮齿免于根切,对于α=20°的标准直齿圆柱齿轮,应取 z1≥17。
齿宽系数φd的选择
  由齿轮的强度计算公式可知,轮齿愈宽,承载能力愈高;但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布趋不均匀,故齿宽系数应取得适当。圆柱齿轮齿宽系数的荐用值见下表。对于标准圆柱齿轮减速器,齿宽系数取为  ,所以对于外啮合齿轮传动:  。
  φa的值规定为0.2,0.25,0.30,0.40,0.50,0.60,0.80,1.0,1.2。运用设计计算公式时,对于标准减速器,可先选定φa后再用上式计算出相应的φd值。
圆柱齿轮的齿宽系数φd
装置状况        两支承相对小齿轮作对称布置        两支承相对小齿轮作不对称布置        小齿轮作悬臂布置
φd        0.9~1.4(1.2~1.9)        0.7~1.15(1.1~1.65)        0.4~0.6
  注: 1)大、小齿轮皆为硬齿面时,φd取偏下限的数值;若皆为软齿面或仅大齿轮为软齿面时,φd取偏上限的数值;
    2)括号内的数值用于人字齿轮,此时b为人字齿轮的总宽度;
    3)金属切削机床的齿轮传动,若传递的功率不大时,φd可小到0.2;
    4)非金属齿轮可取φd≈0.5~1.2。
  圆柱齿轮的计算齿宽b=φdd1,并加以圆整。为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减小,常把小齿轮的齿宽在计算齿宽b的基础上人为地加宽约5~lOmm。
(二)齿轮传动的许用应力
  本书荐用的齿轮的疲劳极限是用m=3~5mm、α=20°、b=10~50mm、v=10m/s、Ra约为0.8 的直齿圆柱齿轮副试件,按失效概率为1%,经持久疲劳试验确定的。对一般的齿轮传动,因绝对尺寸、齿面粗糙度、圆周速度及润滑等对实际所用齿轮的疲劳极限的影响不大,通常都不予考虑,故只要考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。
  齿轮的许用应力[σ]按下式计算:       式中:
  S—疲劳强度安全系数。对接触疲劳强度计算,由于点蚀破坏发生后引起噪声、振动增大,并不立即导致不能继续工作的后果,故可取S=SH=1。但是,如果一旦发生断齿,就会引起严重的故事,因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取S=SF=1.25~1.5。
  KN—考虑应力循环次数影响的系数,称为寿命系数。弯曲疲劳寿命系数 和接触疲劳寿命系数 分别见下图。设n为齿轮的转速,r/min;j为齿轮每转一圈时,同一齿面啮合的次数;Lh为齿轮的工作寿命,h,则齿轮的工作应力循环次数N按下式计算:N=60njLh。
 σlim—齿轮的疲劳极限。弯曲疲劳强度极限值用σFE带入,查图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>,图中的σFE=σFlim·YST,YST为试验齿轮的应力校正系数;接触疲劳强度极限值σHlim查图<齿轮的接触疲劳强度极限>。
1—调质钢;球墨铸铁(珠光体、贝氏体);珠光体可锻铸铁2—渗碳淬火的渗碳钢;全齿廓火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁3—渗氮的渗氮钢;球墨铸铁(铁素体);灰铸铁;结构钢。4—氮碳共渗的调质钢、渗碳钢。弯曲疲劳寿命系数 (当N>Nc时,可根据经验在网纹区内取 值)
1— 允许一定点蚀时的结构钢;调质钢;球墨铸铁(珠光体、贝氏体);珠光体可锻铸铁;渗碳淬火的渗碳钢2— 结构钢;调质钢;渗碳淬火钢;火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁;球墨铸铁(珠光体、贝氏体);珠光体可锻铸铁;3— 灰铸铁;球墨铸铁(铁素体);渗氮的渗氮钢;调质钢、渗碳钢4— 氮碳共渗的调质钢、渗碳钢接触疲劳寿命系数 (当N>Nc时,可根据经验在网纹区内取 值)
  图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>、图<齿轮的接触疲劳强度极限>所示极限应力值,一般选取其中间偏下值,即在MQ及ML中间选值。使用图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>及图<齿轮的接触疲劳强度极限>时,若齿面硬度超出图中荐用的范围,可大体按外插法查取相应的极限应力值。图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>所示为脉动循环应力的极限应力。对称循环应力的极限应力值仅为脉动循环应力的70%。
  夹布塑料的弯曲疲劳许用应力 =50MPa,接触疲劳许用应力 =110MPa。
(三)齿轮精度的选择
  各类机器所用齿轮传动的精度等级范围列于下表中,按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。
各类机器所用齿轮传动的精度等级范围
机 器 名 称         精 度 等 级        机 器 名 称        精 度 等 级
汽轮机           3~6        拖拉机           6~8
金属切削机床           3~8        通用减速器           6~8
航空发动机           4~8        锻压机床           6~9 
轻型汽车           5~8        起重机           7~10
载重汽车           7~9        农业机器           8~11
    注:主传动齿轮或重要的齿轮传动,偏上限选择;辅助传动齿轮或一般齿轮传动,居中或偏下限选择。


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发表于 22-4-2025 22:12:09 | 显示全部楼层
关于齿轮传动的设计,其参数设定至关重要。主要设计参数包括齿轮的模数、齿数、齿宽、压力角等,这些参数直接影响齿轮传动的性能。许用应力是齿轮设计和选材的关键指标,需根据齿轮材质、制造工艺及工作环境来确定。此外,精度选择同样不容忽视,它关系到齿轮传动的效率、噪音及寿命。一般来说,精度越高,齿轮性能越好,但成本也会相应上升。因此,在设计时,需综合考虑使用需求、成本及环境因素,选择合适的精度。总体而言,齿轮传动的设计需综合考虑多方面因素,以确保其性能、效率及可靠性。
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