机械设计尼龙小齿轮.docx
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机械设计尼龙小齿轮
四川大学锦城学院
机械专业-课程设计
课
题
名
称：
立式行星减速器
-尼龙小齿轮
专
业
班
级：
机械系机制
4班
学
生
姓
名：
学
号：
指
导
教
师：
设
计
时
间：
2012611-2012630
第一节
第二节
尼龙齿轮的设计
第三节
尼龙齿轮设计参数
第四节
直齿轮的设计
2.1获得需要的应用数据
2.2获得推导数据和修正系数
2.3计算最大扭矩或马力
2.4将最大力矩（TMAX）和最大马力（HMAX）与已知塑料齿轮的输入力矩（Ti）和马力（Hi）比较。
2.5．选择齿轮材料、热处理、精度等级及齿数
2.6．按齿面接触疲劳强度设计
2.7．按齿根弯曲疲劳强度校核
2.8．几何尺寸计算
2.9．齿轮结构设计及绘制齿轮零件工作图
第五节标准直齿轮
第六节装配
6.1设计要点
6.2齿形系数
第七节总结
参考文献
第一节序
相对金属齿轮，尼龙齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损、无须润滑、可以成型较复杂的形状、大批量生产成本低等优点。
但由于塑料本身具有收缩、吸水，相对金属强度也比较弱，对工作环境要求高，对温度较敏感等特性。
因而，塑料齿轮同时就有精度低、寿命短、使用环境要求高等缺点。
随着新材料的应用及制造技术的发展，塑料齿轮的精度越来越高，寿命也越来越长，并广泛应用于仪器、仪表、玩具、汽车、打印机等行业。
（1）培养了我们理论联系实际的设计思想，训练了综合运用机械设计课程和其他相关课程的基础理论并结合生产实际进行分析和解决工程实际问题的能力，巩固、深化和扩展了相关机械设计方面的知识。
（2）通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，使我们掌握了一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的工程设计能力和创新能力。
（3）另外培养了我们查阅和使用标准、规范、手册、图册及相关技术资料的能力以及计算、绘图数据处理、计算机辅助设计方面的能力。
（4）加强了我们对Office软件中Word功能的认识和运用。
第二节尼龙齿轮的设计
1.MC尼龙齿轮是金属等齿轮的替代品
MC尼龙兼有耐疲劳、抗冲击和耐磨等性质，使其在齿轮应用上极受欢迎，已成功地应用在直齿轮、蜗轮、斜齿轮和螺旋齿轮上有25年的历史。
今天在各行业，MC尼龙齿轮正不断地替代钢材、木材、铜材、铸铁、酚醛。
MC尼龙齿轮有如下优点；
♦运行噪音低
♦无润滑运行
♦比传统的金属齿轮惯性低
♦耐腐蚀性
尽管MC尼龙齿轮的强度明显比相应的金属齿轮低，由于它的低摩擦性和低惯性，以及热塑性塑料齿轮轮齿的弹性（弯曲），在很多应用上可以直接替代金属--尤其是非
铁金属、铸铁和未经淬硬处理的钢材。
♦材料强度和是否需要润滑？
♦节圆的线速率？
♦所需的服务时间？
♦工作条件下的环境温度?
三、尼龙齿轮设计参数
口
iSc^~
尼龙小齿轮
E754-2-
二-二徑一二
■■叭■
0覩工:
四川大学
A
B
C
OJ
15
G
H
I
JL
模数
齿数
齿高
齿隙系数
分度圆
齿顶圆
齿■根圆
压力角
齿轮参数
Z
ha
C
d
da
df
db
pr3angle
4
13
1
0.25
52
60
42
21,22027
20
齿轮的基本参数
直齿圆柱齿轮的基本参数、各部分的名称和尺寸关系
当圆柱齿轮的轮齿方向与圆柱的素线方向一致时，称为直齿圆柱齿轮。
表10.1.2-1列
出了直齿圆柱齿轮各部分的名称和基本参数。
表10.1.2-1直齿圆柱齿轮各部分的名称和基本参数
名称
符号
说明
示意图
1U齿数
z
ET
m
nd=zp,d=p/nz,令m=p/n
齿顶圆
da
通过轮齿顶部的圆周直径
齿根圆
df
通过轮齿根部的圆周直径
分度圆
d
齿厚等于槽宽处的圆周直径
齿高
h
齿顶圆与齿根圆的径向距离
齿顶高
ha
分度圆到齿顶圆的径向距离
齿根高
hf
分度圆到齿根圆的径向距离
齿距
P
在分度圆上相邻两齿廓对应点的弧长
（齿厚+槽宽）
齿
厚
s
每个齿在分度圆上的弧长
节圆
d'
一对齿轮传动时，两齿轮的齿廓在连心线0102±接触点C处，两齿轮的圆周速度相等，以O1C和O2C为半径的两个圆称为相应齿轮的节圆。
压力角
a
齿轮传动时，一齿轮（从动轮）齿廓在分度圆上点C的受力方向与运动方向所夹的锐角称压力角。
我国米用标准压力角为20。
。
啮合角
a'
在点C处两齿轮受力方向与运动方向的夹角
ot
模数m是设计和制造齿轮的重要参数。
不同模数的齿轮要用不同的刀具来加工制造。
为了便于设计和加工，模数数值已标准化，其数值如表10.1.2-2所示。
表10.1.2-2齿轮模数标准系列（摘录GB/T1357-1987）
第一系列
11.25
1.522.53456
810
12
16
202532
4050
第二系列
1.752.25
2.75（3.25）3.5（3.75）4.55.5（6.5）
79
（11）
14
182228
3645
注：
选用模数时，应优先选用第一系列；其次选用第二系列；括号内的模数尽可能不用
标准直齿圆柱齿轮各部分的尺寸与模数有一定的关系，计算公式如表10.1.2-3
表10.1.2-3标准直齿圆柱齿轮轮齿各部分的尺寸计算
名称
符号
公式
分度圆直径
d
d=mz
齿顶圆直径J
da
da=d+2ha=m（z+2）
齿根圆直径
df
df=d+2hf=m（z-2.5）
齿顶高
ha
ha=m
齿根高
hf
hf=1.25m
全齿高
h
h=ha+hf=2.25m
中心距
a
a=m/2（z1+z2）
齿距
P
P=nm
一对相互啮合的齿轮，模数、压力角必须相等。
标准齿轮的压力角（对单个齿轮而言即为齿形角）为20°
四、直齿轮的设计
步骤1
获得需要的应用数据
模数，P
齿数，N
压力角，PA齿宽，f（英寸）输入速度，n（RPM）输入扭矩，TI
或输入马力，HPI步骤2
获得推导数据和修正系数节圆直径，DP=N/P齿形系数，y
屈服应力，Sb
工作寿命系数，CS
速率因素，CV
材料强度因素，Cm
温度修正系数，CT
♦环境温度〈100oF,CT=1
♦100oF<环境温度<200oF
CT=1/1（1+a（T-100OF））
这里，a=0.022对应MC尼龙a=0.004对应尼龙101a=0.010对应聚甲醛
步骤3
用公式
（1）和
（2）计算最大扭矩或马力
TMAX=DPSbfyCsCvCmCT/2P
（1）
HPMAX=DPSbfynCSCVCmCT/126000P
（2）
步骤4
将最大力矩（TMAX）和最大马力（HMAX）与已知塑料齿轮的输入力矩（Ti）和马力（Hi）比较。
Ti必须小于或等于TMAX
Hi必须小于或等于HMAX
1—电动机，2、6—联轴器，3—减速器，
4—高速级齿轮传动，5—低速级齿轮传动,
7—输送机滚筒
如塑料齿轮的Hi和TI超过TMAX和HMAX，选另外一种材料或另一分度圆直径和齿厚，按照新的材料修正系数重新计算。
小齿轮Hiimi=720MPa,大齿轮Hiim2=580MPa；
（6）由式（8-13）,计算应力循环次数N
Ni=60jnLh=60X1>277.3x（15X300X10）=7.487沐08N2=N2/u=7.487X08/（100/27）=2.022X08
由图8-15查得接触疲劳寿命系数：
小齿轮Khn1=1.0,大齿轮Khn2=1.1
（7）计算接触疲劳许用应力[h]
取接触疲劳强度安全系数[SH]=1.0,由式8-12得
KHN1Hlim1
1.0720
[Sh]
1.0
KHN2Hlim2
1.1580
[Sh]
1.0
720MPa
638MPa
[°H]2
[q】1
取标准模数m=3mm
小齿轮分度圆直径d1=mz1=3$1=93mm
齿宽b=dd1=1.093=93mm,圆整取b=95mm
（2）计算圆周速度v
（3）
Ka=1.25;
计算载荷系数K由表8-5查得使用系数
圆周力Ft=2T1/d1=2>2.583105/93=5554.8N,KaH/b=1.255554.8/95=
73.1N/mmv100N/mm
由图8-7查得动载系数Kv=1.15;
由表8-7查取齿间载荷分配系数Kh=1.2,Kf=1.2;
由表8-8查算齿向载荷分布系数K=1.39,一般减速器应经过仔细跑合，可取Kh=Kf=1.2o
计算载荷系数K=KaKvKhKh=1.25为.151.21.2=2.07,与试取值有一定差异，需修正计算。
（4）修正计算
d1d1t3K/Kt88.35132.07/1.990.911mm
已取d1=93mm>90.911mm,符合接触疲劳强度条件。
3•按齿根弯曲疲劳强度校核
O2KT1YFaYsa[f]
bdtm
式（8£）
1）确定计算参数
（1）载荷系数K=KaKvKfKf=1.25X.15X.2X.2=2.07
（2）小齿轮传递的转矩Ti=2.583105Nmm
（3）查表8-10得齿形系数YFa和应力修正系数YSa：
YFa1=2.51,YSa1=1.63；YFa2
=2.17,Ysa2=1.80
（4）
Kfn1=0.90,大齿轮Kfn2=0.95
Flim:
小齿轮Flim1=620MPa,大
由图8-16查得弯曲疲劳寿命系数：
小齿轮
（5）由图8-14c,按齿面硬度查取弯曲疲劳极限齿轮Flim2=450MPa；
（6）计算弯曲疲劳许用应力［F］
[田二1.4,
取弯曲疲劳强度安全系数
由式（8-12）得
（3）计算齿轮宽度
取大齿轮齿宽：
B2=b=95mm；取小齿轮齿宽：
B1=100mm（加宽5mm）。
5•齿轮结构设计及绘制齿轮零件工作图
小齿轮齿顶圆直径da1=99mmv200mm,可选用实心式结构，可参照图8-24荐用的结构进行设计；大齿轮齿顶圆直径da2=351mm较大，可选用腹板式结构，
其有关尺寸计算从略，可参照图8-25a或图8-26荐用的结构尺寸进行设计。
绘制齿轮零件工作图从略。
五、标准直齿轮
标准直齿圆柱齿轮公法线长度表
（m=1,a=2
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