齿轮传动毕业设计Word下载.docx
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为了防止轮齿弯曲疲劳折断，应对轮齿进行弯曲疲劳计算。
此外，采用增大齿根过渡圆半径、提高齿面加工精度等工艺措施，也能提高齿轮抗弯曲疲劳能力。
2、疲劳点蚀
轮齿工作时，其工作表面上的接触应力是按脉动循环变化的。
齿面长时间在这种交变接触应力作用下，可能出现微小的剥落而形成一些疲劳浅坑，这种现象称为疲劳点蚀。
齿轮发生齿面点蚀后，将使轮齿啮合情况恶化而影响使用。
实践表明，疲劳点蚀首先出现在齿根表面靠近节圆处。
提高齿面硬度，降低齿面粗糙度、采用黏度较大的润滑油以及合理的变位等，都能提高齿面抗疲劳点蚀的能力。
软齿面（齿面硬度≤350HBS）的闭式齿轮传动常因齿面疲劳点蚀而失效。
为了防止出现齿面疲劳点蚀，对闭式齿轮传动，须进行齿面接触疲劳强度计算。
在开式传动中，由于齿面磨损较快，一般看不到点蚀现象。
3、齿面胶合
在高速重载转动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使两齿面金属直接接触并相互粘连，当两齿面相对运动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹，这种现象称为齿面啮合。
在低速重载中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可以产生胶合破坏。
提高齿面硬度和减小表面粗糙度能增强抗胶合能力，对于低速传动采用黏度较大的润滑油，对于高速传动采用含抗胶合添加剂的润滑油也很有效。
齿轮的失效形式除了以上三种外还有齿面磨粒磨损和齿面塑性变形。
开式传动的工作条件较差，其失效主要发生在齿面部分。
二、计算准则
针对失效形式可以建立相应的计算准则。
我国已制定出渐开线圆柱齿轮胶合承载能力计算方法（GB6413-86），在设计高速重载齿轮传传动时，如航空发动机主传动、发电机组传动等应作胶合计算。
在工程中设计一般齿轮传动时，应根据GB/T3480-1997进行齿面接触疲劳强度和轮齿弯曲疲劳强度计算。
当齿轮工作可能出现短时间、少次数（N<
1000）的重载荷和重复性中等冲击时、应对轮齿进行静强度核算。
在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。
但对齿面硬度很高，齿心强度又低的齿轮，如20钢、20Cr钢经渗碳淬火后心部强度不足或材质较脆，如铸铁齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。
如果两轮均为硬齿面，且硬度基本相同时，则可视实际情况而定。
但闭式齿轮传动以接触疲劳强度设计，就应以弯曲疲劳强度校核。
反之亦然，不能省略。
三、齿轮的材料及热处理
只有正确地选择齿轮材料及其热处理方法，才能保证设计的齿轮传动满足使用要求。
1.齿轮材料的选择
常用的齿轮材料是钢，其次是铸铁。
有时也采用非金属材料。
制造齿轮多采用优质碳素结构钢和合金结构钢。
通常多用锻造成型方法制成毛坯，毛坯锻造可以改散材料性能；
也可以用各种热处理方法，获得适用于齿轮不同工作要求的综合力学性能。
对于直径较大或形状复杂的齿轮毛坯，可采用铸造方法制成铸钢毛坯。
灰铸铁齿轮常用于轻载、低速、工作平稳的场合，其中的石墨具有自润滑作用，尤其适用于制作润滑条件较差的开式传动齿轮。
非金属材料一般用于高速、轻载的齿轮传动。
它可以明显的降低噪声。
常用的非金属材料有尼龙、夹布胶木等。
2.钢制齿轮常用的热处理方法
表面淬火：
一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢、40Cr等。
表面淬火后轮齿变形不大，可不磨齿，齿面硬度可打52～56HRC。
由于接触强度高，而磨性好，而齿心部有较高的韧性，故能承受一定的冲击载荷。
渗碳淬火：
将碳的质量分数为0.15%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢，例如20钢，20Cr等，进行渗碳淬火后，齿面硬度可达56～62HRC，齿面接触强度高，而磨性好，而齿心部仍保持较高的韧性，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动。
通常渗碳淬火后而磨齿。
调质：
调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，例如45钢，40Cr、35SiMn等。
调质处理后齿面硬度一般为220～260HBS。
对于机械强度要求较高而齿面硬度不要求很高的齿轮，可采用调质处理。
因硬度不高，故可在热处理以后精切齿形。
除了上述三种热处理外还有正火和渗氮热处理。
处理后的齿面硬度大于350HBS为硬齿面，小于350HBS为软齿面。
一般使用小齿轮齿面硬度比大齿轮高30-50HBS或更多。
四、精度等级
齿轮传动精度与齿轮精度及其安装情况密切相关。
因此为保证齿轮传动的互换性，不仅应规定单个齿轮的精度，而且还应对齿轮副规定制造及安装精度。
现行齿轮精度国家标准有：
GB/T10095.1-2001和GB/T10095.2-2001.
齿轮精度等级的选用应根据齿轮的用途、使用要求、工作条件极其他技术要求决定。
对不同的精度指示及齿轮的工作齿面与非工作齿面，既可选用同一精度等级，也可选用不同精度等级的组合。
齿轮精度等级的选择方法有计算法和经验法，计算法如根据已知传动链末端元件传动精度的要求，按照传动链误差的传动规律，分配各级齿轮副的传动精度要求来确定齿轮精度等级，目前常用的经验法是表格法即查表确定。
五、参数的选择
1、小齿轮齿数Z1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，还可以减小模数，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。
闭式齿轮传动一般传速较高，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（半开工）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不致过小故
小齿轮不宜选用过多的齿数一般可取为Z1=17～20。
为使轮齿免于根切，对于a=20º
的标准有齿圆柱齿轮，应取Z1≥17。
2、齿宽系数Φd的选择：
由齿轮的强度计算公式可知，轮齿愈宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜为
窄；
但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适当。
圆柱齿轮齿数宽系数Φd的荐用值列于表10－8
圆柱齿轮的计算齿宽b=Φd*d1，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5～10mm.
3、模数的选择：
在满足轮齿抗弯曲疲劳强度的条件下，尽可能取小模数，但为了避免意外断
齿m≥1.5～2mm。
4、对修正载荷：
修正计算应力、修正许用应力的系数和疲劳极限等数据，如上述图表或给定值不能满足需要，应查阅GB/T3480-1997进行确定。
对高精度齿轮传动设计更应以标准为依据，提高设计准确程度。
5、设计步骤：
根据圆柱齿轮的设计方法，标准直齿圆柱齿轮传动设计计算，大致按以下步骤进行。
1）选择齿轮材料、热处理及精度等级：
齿轮材料及热处理方法的选择可参考表10-1。
齿轮传动精度等级可参考表10-3选定。
注意不要无充分的技术理由而随意提高齿轮精度，否则将提高成本。
2）承载能力计算：
齿轮传动承载能力计算应根据计算准则进行。
对软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿面接触疲劳强度条件所决定。
设计步骤为：
（1）合理选择齿轮参数，按式（10-13）算出小齿轮分度圆直径；
（2）应用式（10-6）校核所设计的齿轮传动的轮齿弯曲疲劳强度。
对硬齿面的闭式齿轮传动和开式齿轮传动铸铁齿轮，齿轮承载能力常由齿根弯曲疲劳强度所决定。
（1）合理选着齿轮参数，按式（10-7）算出齿轮传动的模数m.齿轮参数，按式（10-7）算出齿轮传动的模数m.
（2）应用式（10-12）校核所设计的齿轮传动的齿面接触疲劳强度。
对于开式和铸铁齿轮传动，由于不会发生点蚀失效，故不需要再校核其齿面接触疲劳强度。
3）当用设计公式出步计算齿轮的分度圆直径d1（或模数mn）时，动载系数Kv、齿间载荷分配系数Ka以及齿向载荷分布系数KB都不能预先确定，此时可试选一载荷系数Kc（如取Kc=1.2～1.4），则算出来的分度圆值（或模数）也是一个试算值d1c（或mnc），然后按d1c值计算齿轮的圆周速度，查取动载系数Kv、齿间载荷分布系数Ka及齿向载荷分布系数KB,计算载荷系数K。
若算得的k值与试选的Kc值相差不多，就不必修改远计算；
若二者相差较大时，应按下式校正试算所得分度圆直径dc（或mnc）
4）计算齿轮的结构尺寸
5）确定齿轮的结构尺寸
6）绘制齿轮的工作图
六、设计计算
设计单级标准直齿圆柱齿轮减速器的齿轮传动，已知条件为：
传动功率p=8KW，主动轮转速n1=900r/min，传动比i=2,载荷平稳，单向回转，预期使用寿命为10年，原动机为电动机。
减速器应是闭式传动，通常采用软齿面钢制齿轮。
根据计算准则，应按齿面接触疲劳强度设计，确定齿轮传动的参数、尺寸，然后验算齿轮弯曲疲劳强度。
1、选择材料、热处理方法及精度等级
（1）齿轮材料、热处理方法及齿面硬度：
由表10-1，表10-2得：
小齿轮选用45钢，调质处理，齿面硬度229～286HBS；
大齿轮选用45钢，正火处理，齿面硬度162～217HBS；
（2）精度等级：
减速器为一般齿轮传动，估计圆周速度不大于6m/s，由表10-3，初选8级精度。
（3）选小齿轮齿数Z1=26,大齿轮齿数Z2=i*Z1=52
2、按齿面接触疲劳强度设计齿轮
由于是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力应由齿轮接触疲劳强度决定。
（1）确定公式内的各参数取值
1）试选载荷系数Kc=1.3。
2）计算小齿轮传递的转矩
T1=9550000*P1/n1
=9550000*8/900
=84888.9N*mm
3）由表10-8选取齿宽系数Φd=0.4
4）由表10-10查得材料的弹性影响系数ZE=189.8取ZB=ZD=1，ZH=2.5，Z=0.9
5）由图10-11C按齿面硬度中间值220HBS查得小齿轮接触疲劳强度极限ó
Hlim=560N/mm²
由图10-11b按齿面硬度中间值190HBS查得大齿轮接触疲劳强度极限ó
Hlim=400N/mm²
6）计算应力循环次数
N1=60n1jlh=60*900*1*（10*300*8）
=1290000000
N2=N1/i=493776000/2
=246888000
7）由图10-12查得接触疲劳寿命系数ZNT1=0.91，ZNT2=0.93；
由表10-11得ZL*ZV*ZR=0.85；
取ZW1=1.13；
ZW2=1.16；
ZX1=ZX2=1。
8）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数有表10-9取SHmin=1,由式（10-14）得：
Ó
HP1=0.91*1.13*0.85*1*560/1=489.5N/mm²
HP2=0.93*1.16*0.85*1*400/1=366.8N/mm
（2）计算
1）计算小齿轮分度圆直径d1c,代入Ó
HP中较小的值
d1=³
√2*1.3*238750/1.2*2.5/1.5*（1*2.5*189.8*0.9²
/366.8）
=96.7mm
2）计算圆周速度
V=3.14*d1c*n`/60/1000
=3.14*96.7*900/60000=4.50<
5m/s
故选8级精度合适。
3）b=Φd*d1c=0.4*96.7=38.68mm
4）计算齿宽和齿高之比b/h
模数mc=d1c/Z1=38.68/26=1.48
齿高h=2.25m`=2.25*1.48=3.35
b/h=11.55
5）计算载荷系数
由表10-4查得使用系数KA=1。
根据v=3.15m/s,8级精度，由图10-3查得动载系数Kv=1.15;
直齿轮，因为Ka*Ft/b﹤100N/mm,由表10-5查得KHa=KFa=1.1。
由表10-6查得KHB=1.345
故载荷系数K=KAKVKHaKHB=1*1.15*1.2*1.345=1.856
6）按实际载荷系数校正所得的分度圆直径，由式（10-15）得：
d1=96.7*³
√1.856/1.3
=108.9mm
7）计算模数m
m=d1/Z1=108.9/26=4.18mm
取标准模数第一系列中的值m=4
3、轮齿弯曲疲劳强度较核
（1）由图10-8b按齿面硬度取值为190HBS查得大齿轮弯曲疲劳强度极限：
Flim2=160N/mm²
小齿轮Ó
Flim1=200N/mm²
；
（2）由图10-9查得弯曲疲劳寿命系数YNT1=0.88;
YNT2=0.9,取YST=2，Y与rel=1,YRrel=0.95,Yx=1;
（3）计算弯曲疲劳许用应力
取弯曲疲劳安全系数SFmin=1.25
FP1=0.88*200*0.95*2/1.25=267.5N/mm²
FP2=0.9*160*0.95*2/1.25=218.9N/mm²
（4）计算载荷系数KA=1
根据V=3.14d1*n1/60000
=3.14*4*26*900/60000=5.22m/s7级精度，由图10-3查得动载系数Kv=1.15,取KFa=1.1。
由表10-6查得KHB=1.30（b=1.2d1=1.15*4*26=119.6）
由图10-6查得KFB=1.36。
故载荷系数K=KA*KV*KFA*KFB=1*1.15*1.1*1.38=1.746
（5）查取齿形系数和应力校正系数
由表10-7查得：
YFa1=2.60,YFa2=2.22,YSa1=1.59,YSa2=1.77
（6）校核
F1=2KT1*YFa1*YFa2/Φd/m³
/Z1²
=2*1.746*238750/0.4/64/26²
*2.60*1.59
=199.16N/mm²
<
FP1
F2=2KT1*YFa2*YFa2/Φd/m³
*2.22*1.77
=189.30N/mm²
FP2
抗弯强度足够。
4、几何尺寸计算
（1）d1=m*z1=4*26=104mm
d2=m*z2=4*52=208mm
（2）a=0.5*（d1+d2）=0.5*（104+208）=156mm
（3）b=Φd*d1=0.4*104=41.6
取b2=42,b1=b2+（5～10）=42+8=50mm
5、验算
Ft=2T1/d1=2*238750/104=4591.35N
KA*Ft/b=1*4591.35/125=36.73<
100N/mm
查表10-5，KHa=KFa=1.1,合适。
若验算后和与原先查取的数值相差较大，则应重新计算载荷系数K（用验算后的KHa和KFa）。
6、结构设计及绘制齿轮零件图，请看附录1、附录2、附录3。
七、齿轮传动的润滑及效率
润滑的作用是减小齿轮啮合处和轴承的摩擦损失，减少磨损，降低噪声，帮助散热和防止锈蚀等。
因此，齿轮传动必须进行润滑，借此以保证运转正常，提高传动效率，延长使用寿命。
1、闭式齿轮传动的润滑
（1）润滑方式的选择润滑方式主要根据齿轮圆周速度的大小确定。
当速度小于等于12时，通常采用浸油润滑。
当速度大于12时，不宜采用浸油润滑，最好采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区。
（2）润滑油的选择
润滑油的黏度根据齿轮传动的工作条件、齿轮的材料及圆周速度来选（具体参见表格）
2、开式齿轮传动的润滑
开式齿轮传动的润滑方式通常是采用人工定期加油润滑，并多采用润滑脂。
润滑脂的选择参看有关手册。
3、齿轮传动的效率
闭式齿轮传动的效率包括三部分：
啮合效率、轴承效率和搅油效率。
其总效率为三者之积。
其中：
啮合效率--对于8级精度以上的齿轮，一般近似的取0.99。
轴承效率—滚动轴承可取0.99，滑动轴承可取0.98。
搅油效率--它与齿轮浸油面积，圆周速率和油的黏度有关，一般取0.96-0.99。
对于采用滚动轴承的中速中载齿轮传动，满载时的平均总效率可参见表格。
轴的设计
轴是机械的重要零件之一，其应用也很广泛。
其主要功用是支承旋转零件、传递动力和运动。
按轴的承载情况不同，可将其分为转轴、心轴和传动轴，转轴在各类机械中最为常见；
按照轴的轴线形状又可将其分为直轴、曲轴和挠性轴，曲轴常用于往复式机械和行星轮系中，挠性轴可以把旋转运动和扭距传到空间任何位置，此外轴又可分为实心轴和空心轴，光轴和阶梯轴等，在一般机械中，阶梯轴应用最为广泛。
一轴的材料的选择
选择轴的材料首先满足工作条件对它提出的强度、刚度、韧性、耐磨性等方面的要求，同时还应考虑制造的工艺性，力求经济合理。
因此，轴的材料常采用碳素钢和合金钢。
碳素钢比合金钢价廉，应力集中敏感性差，中碳优质钢经处理后，可获得良好的综合机械性能。
一般轴多用0.25-0.5％C的碳素钢制造，其中45钢尤为常用。
对于受力较小或不重要的轴可选用普通碳素结构钢。
合金钢比碳素钢具有更好的力学性能和良好的热处理工艺性，因此多用语高速、重载及要求耐磨、耐高温等特殊条件的场合。
二轴的结构设计
轴的结构设计就是确定轴的外形和全部结构尺寸。
影响结构的因素很多，设计时应针对不同的情况具体分析。
但轴的结构设计原则上应满足如下要求：
轴上零件有准确的位置和可靠的相对固定，良好的制造和安装工艺性，形状、尺寸应有利于减少应力集中。
1、轴上零件的定位和固定
轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装位置；
固定则是为了保证轴上零件在运动中保持原位不变。
作为轴的具体结构，既起定位作用又起固定作用。
常用的形式方法：
轴环、弹性挡圈、套筒、销、键、花键、过盈配合、成形联接等等。
2、轴的结构工艺性
轴的结构和尺寸应尽量满足加工、装配和维修的要求。
为此，常采用以下措施：
（1）当轴段需车制螺纹或磨削加工时，应留有退刀槽或砂轮越程槽。
（2）轴上所有键槽应沿轴的同一母线布置。
（3）为了便于轴上零件的装配和祛除毛刺，轴及轴肩端部一般均应制出45度倒角。
（4）为便于加工，应使轴上直径相近处的圆角、倒角、键槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。
3、提高轴的疲劳强度
轴大多在变应力下工作，结构设计时应尽量减少应力集中，以提高其疲劳强度。
如，在轴径变化处的过度圆角不宜过小，尽量避免在轴上开横孔、凹槽，提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，可采取改变轴受力情况和零件在轴上的位置等措施。
三轴的设计步骤
1、选择轴的材料
根据轴的工作要求，并考虑工艺性和经济性，选择合适的材料。
2、初步确定轴的直径
可按扭转强度条件计算轴最细部分的直径，也可用此类比法确定。
3、轴的结构设计
根据轴上零件的数量、工作情况及装配方案，画出阶梯结构设计草图。
由轴最细部分的直径递推各段轴直径，相邻两段轴直径之差通常可取为5~10。
各段轴的长度由轴上零件的宽度及装配空间确定。
4、轴的强度较核
首先对轴上传动零件进行受力分析，画出轴弯矩图和扭矩图，判断危险截面，然后对轴危险截面进行强度较核。
当较核不合格时，还要改变危险截面尺寸，进而修改轴的结构，直至较核合格为止。
因此，轴的设计过程是反复、交叉进行的。
结论
通过对齿轮机构的设计以及校核，对我所学知识的实际应用有很大的帮助，既提高了动手能力，也增加了实践经验；
对资料的查阅既积累了知识，又开拓了视野。
在对齿轮和轴的设计过程中，让我对以前所学的机械设计基础有了更深的理解。
齿轮设计的不同其应用的领域范围也不同，对齿轮的性能要求自然也不一样。
在零件理论设计中能够实现的设计在其应用领域中并不一定能实现，这就给设计者对零件的改造出了很大的难题，
机械设计是一门应用科学，是研究机械类产品的设计、开发、改造，以满足经济发展和社会需求的科学，它涉及工程技术的各个领域。
机械设计是现代机械工业的重要技术，也是先进技术的基础，国家生产自动化技术水平综合表现在对设计技术的掌握及在实际生产中的应用。
利用这两个月的时间我如期的完成此次设计，粗浅的了解了机械设计的基础知识，也对齿轮的制造与用途有了大致的了解，也深知齿轮对我们国家工业领域所起的重要意义。
可看齿轮对现代社会的巨大影响，在社会生活中我们身边的许许多多的东西，例如，航空、汽车、机器等许多零件及器件都是通过齿轮来传动的。
这次毕业设计锻炼了我大学生的独立思考和设计能力，把我所学知识有效地结合在一起，是对我大学三年来专业理论知识和实践能力的综合性考核测验。
这次设计让我懂得机械设计是一项创造性的工作，它不仅要求设计者具有深厚的设计基础知识和专业知识，还要具有饱满的创造热情。
同时，设计是一个动态过程，它要求在全过程中不断的调查研究、征求意见，发现问题并及时修改。
作为机电专业即将毕业踏入工作实践的我，适应社会的发展趋势，积聚创新设计，在创新中不断完善自己，为未来创造价值，为国家献出自己的一份力量。
参考文献
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