机械基础课程设计Word文档格式.docx
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钢材可分为锻钢和铸钢两类，锻钢具有高强度、韧性好、便于制造、便与热处理等优点，大多数齿轮都用锻钢制造。
根据齿面硬度的高低，钢制齿轮分为软齿面齿轮和硬齿面齿轮。
1）软齿面齿轮。
齿面硬度低于350HBS，这类齿轮常用材料为中碳钢或中碳合金钢，如45钢、45Cr、35SiMn等。
因齿面硬度不高经调质或正火后在进行切削精加工。
由于小齿轮工作较繁重，小齿轮硬度要比大齿轮齿面硬度高出20～50HBS。
这类齿轮制造工艺简单、经济，多用于强度、速度和精度等要求不高的一般机械中。
2）硬齿面齿轮。
齿面硬度高于350HBS，这类齿轮常用低碳合金钢，如20Cr，20CrMnTi等渗碳淬火，或中碳钢、中碳合金钢，如45钢、45Cr等经整体淬火或表面淬火。
齿面硬度通常为40～65HRC。
因齿面硬度高，其最终热处理在精加工后再进行。
为了消除热处理引起的轮齿变形，还长进行磨齿。
这类齿轮精度高、制造工艺复杂，多用于高速、重载、精度要求高的场合。
对于结构形状复杂不易锻造或尺寸较大（d＞400～600mm）的齿轮，可采用铸钢，常用牌号如ZG310-570，ZG340-640等。
因铸钢收缩率大、内应力大，应进行退火或正火处理以消除内应力、改善切削性能。
（2）铸铁
由于铸铁的抗弯和耐冲击性能都比较差，因此主要用于制造低速、不重要的形式传动、功率不大的齿轮。
常用的铸铁有灰铸铁和球墨铸铁。
灰铸铁抗弯曲强度和抗冲击能力都比较差，但铸造性好、易加工、抗胶合和抗点蚀的能力较强，且价格低廉，主要用于开式、轻载低速、无冲击及尺寸较大的传动中。
常用的铸铁有HT200和HT300等。
低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。
当尺寸大于500mm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。
（3）非金属材料
对于高速、重载而又要求低噪音的齿轮传动，也可采用非金属材料。
加夹布胶木、尼龙等。
常用的齿轮材料，热处理方法、硬度、应用举例见表1。
表1常用的齿轮材料、热处理硬度和应用举例
材料
牌号
热处理方法
硬度
应用举例
齿芯HBS或齿面HRC
优质碳素钢
35
正火
150～180
低速轻载的齿轮或中速中载的大齿轮
45
162～217
50
180～220
调制
217～255
合金钢
35SiMn
217～269
40Cr
241～286
表面淬火
180～210
40～45
高速中载、无剧烈冲击的齿轮。
40～50
42～55
20Cr
渗碳淬火
56～62
高速中载、承受冲击载荷的齿轮
20CrMnTi
38CrMoAIA
氮化
>
850HV
载荷平稳、润滑良好的齿轮
铸钢
ZG45
163～197
重型机械中的低速齿轮
ZG55
179～207
球墨铸铁
QT700-2
225～305
可用来代替铸钢
QT600-2
229～302
灰铸铁
HT250
170～241
低速中载、不受冲击的齿轮。
HT300
187～255
热处理通常可分为普通热处理、表面热处理和其他热处理方法。
普通热处理有退火、正火、淬火、回火。
表面热处理有表面淬火（感应加热、火焰加热）、化学热处理有渗碳、渗氮等，其他热处理有真空热处理、变形热处理和激光热处理等。
正火是将钢材加热到Ac3或Accm点以上30～500C，保持一段时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺。
正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能，减少工件在淬火时的变形与开裂现象，所以正火常作为重要工件的预备热处理。
机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
表面淬火是指对工件表面进行淬火的工艺，是一种不改变钢的表层化学成分，只改变表层组织与性能的局部热处理方法。
一般用于中碳钢和中碳合金钢如45、40Cr等，表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿硬度可达52～56HRC面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
渗碳是为了提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳浓度梯度，将工件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入其表层的化学热处理工艺。
其目的是为了使增碳的表层经淬火和低温回火后，获得高硬度、耐磨性和疲劳强度。
常见的有渗碳钢量为0.15～0.25%的低碳钢和低碳合金钢。
齿面硬度达56～62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。
常用于受冲击载荷的重要传动。
参考表1，选定材料为：
小齿轮：
45钢，调质处理，齿面硬度HB1=190～220；
大齿轮：
45钢，正火处理，齿面硬度HB2=160～190；
2.3.3计算过程
（1）计算许用接触应力
1）根据齿轮硬度中间值（HB1=205，HB2=175），从图6-13①中查取齿面接触的疲劳极限为
2）从表2中查得接触强度的最小安全系数
表2最小安全系数
和
齿轮传动装置的重要性
一般
1
齿轮破坏会引起严重后果
1.25
1.5
3）两齿轮的许用接触应力为
（2）按齿面接触疲劳强度计算齿轮的主要尺寸
1）小齿轮上作用的转矩为
2）
3）计算齿数比为
4）
3）选定载荷系数。
因原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷比较平稳，齿轮在两轴承之间对称布置。
从表3中查得载荷系数为K=1.2。
表3v载荷系数K
原动机工作情况
工作机械的载荷特性
平稳或比较平稳
中等冲击
严重冲击
工作平稳（电动机）
1.0～1.2
1.2～1.6
1.6～1.8
轻度冲击（多缸内燃机）
1.9～2.1
中等冲击（单缸内燃机）
1.8～2.0
2.2～2.4
4）选择齿宽系数。
因齿轮为软齿面及齿轮在两轴承之间对称布置，从表4中查取齿宽系数
表4齿宽系数
齿相对轴承位置
齿面硬度
350HBS
对称布置
0.8～1.4
0.4～0.9
非对称布置
0.6～1.2
0.3～0.6
悬臂布置
0.3～0.4
0.2～0.25
5）选择材料弹性系数。
根据两齿轮均为优质碳素钢，从表5中查得ZE=189.8。
表5齿轮材料弹性系数
大齿轮材料小齿轮材料
钢
铸铁
189.9
188.9
165.4
181.4
188.0
161.4
180.5
6）计算小齿轮的分度圆直径为
7）计算两轮中心距为
8）确定模数及齿数，即
将模数圆整取标准值m=4；
小齿轮齿数为
取z1=25；
大齿轮齿数为
取z2=104。
9）确定两轮几何尺寸。
两齿轮分度圆直径
，
中心距
小齿轮宽度
（3）校核齿轮的弯曲强度。
1）确定两齿轮的许用弯曲应力。
根据两齿轮的硬度中间值，从图6-15②中查得其弯曲疲劳极限为
从表2中查得齿根弯曲强度的最小安全系数
，从表6中查得两齿轮的相对应力集中系数
表6标准齿轮的相对应力集中系数
齿轮材料
齿数
14
17
20
22
25
30
40
60
80
100
150
调质钢
0.81
0.83
0.58
0.86
0.88
0.90
0.92
0.94
0.95
0.96
0.98
渗碳钢
0.84
0.89
0.91
0.93
0.97
0.99
铸件
可求得两齿轮的齿根许用弯曲应力为
2）计算两轮齿根的弯曲应力。
从表7查得两轮的齿形系数为
，
表7齿形系数
及应力校正系数
18
19
21
23
24
26
27
28
29
2.97
2.91
2.85
2.80
2.76
2.72
2.69
2.65
2.62
2.60
2.57
2.55
2.53
1.525
1.53
1.54
1.55
1.56
1.57
1.575
1.58
1.59
1.595
1.60
1.61
1.62
70
90
200
2.52
2.45
2.40
2.35
2.32
2.28
2.24
2.22
2.20
2.18
2.14
2.12
2.06
1.625
1.65
1.67
1.68
1.70
1.73
1.75
1.77
1.78
1.79
1.83
1.865
1.97
两齿轮的齿根弯曲应力分别为
可见，两齿轮的弯曲强度足够。
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