齿轮传动的设计与制作.docx
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齿轮传动的设计与制作
河南工业大学机电学院
《机械基础》课程设计任务书
班级
学生姓名
指导教师
课程设计题目
齿轮传动的设计与制作
主要
设计
内容
1.装配图、零件图的绘制
2.设计计算说明书的编写
3.齿轮的选择与校核
4.齿轮传动设计计算
5.齿轮运动参数计算
主要
技术指标
和设
计要
求
1．设计指标
1时间以12小时为一个周期；
2工作时有中等冲击，单向传动
3使用期限为10年
4传递功率P=4KW
5主动小齿轮的转速n1=1200r/min,传动比i=6
2．设计要求
1画出机械图
2零件及参数选择；
3校正结果
3．制作要求自行装配，并能发现问题和解决问题。
4．编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。
主要
参考
资料
及文
献
1.机械基础齿轮传动章节
2.机械制图手册齿轮传动章节
3.齿轮装配章节
一、设计任务书··············································1
二、概述····················································2
2.1齿轮传动的特点和应用····································4
2.2齿轮传动的类型··········································7
2.3齿廓啮合基本定律·······································10
三、原始数据及设计要求······································11
四、设计过程················································12
4.1选择精度等级·············································13
4.2选择材料与热处理及确定齿轮硬度···························13
4.3确定设计公式及校核公式···································13
4.4计算过程·················································14
4.5确定主要参数·············································15
4.6校核接触疲劳强度·········································15
4.7计算圆周速度···········································16
4.8结构设计及齿轮零件图·····································17
五、设计小结·················································17
二、概述
2.1齿轮传动的特点和应用
齿轮传动是应用极为广泛的传动形式之一。
特点：
能够传递任意两轴间的运动和动力，传动平稳、可靠，效率高，寿命长，结构紧凑，传动速度和功率范围广。
但需要专门设备制造，加工精度和安装精度较高，且不适宜远距离传动。
2.2齿轮传动的类型
齿轮传动的类型很多，按照两齿轮传动时的相对运动为平面运动或空间运动，可将其分为平面齿轮传动和空间齿轮传动两大类
齿轮传动的类型
齿
轮
传
动
平面齿轮运动
（传递平行轴间的运动）
直齿圆柱齿轮传动
（轮齿与轴平行）
外啮合
内啮合
齿轮齿条
斜齿圆柱齿轮传动
（轮齿与轴不平行）
外啮合
内啮合
齿轮齿条
人字齿轮传动（轮齿成人字形）
空间齿轮运动
（传递不平行轴间的运动）
传递相交轴运动
（锥齿轮传动）
直齿
斜齿
传递交错轴运动
交错轴斜齿轮传动
蜗轮蜗杆传动
准双曲面齿轮传动
2.3齿廓啮合基本定律
齿轮传动要求准确平稳，即要求在传动过程中，瞬时传动比保持不变，以免产生冲击、振动和噪音。
不论齿廓在任何点接触，过接触点所作两齿廓的公法线必须与连心线交于一固定点，这就是齿廓啮合基本定律。
三、原始数据及设计要求
设计用于某减速器的一级直齿圆柱齿轮的齿轮传动，传递功率P=4KW，主动小齿轮的转速n1=1200r/min,传动比i=6，工作时有中等冲击，单向传动，两班制，使用10年。
设计过程
四、设计过程和结果如下所示：
4.1选择精度等级
该机械时一般工程机械，速度不是太高，故用6级精度。
4.2选择材料与热处理及确定齿轮硬度
制造齿轮的材料主要时各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料。
（1）钢
钢材可分为锻钢和铸钢两类，只有尺寸较大（d＞400～600），结构形状复杂的齿轮宜用铸钢外，一般都用锻钢制造齿轮。
软齿面齿轮多经调质或正火处理后切齿，常用45、45Cr等。
因齿面硬度不高，易制造，成本低，故应用广，常用于对尺寸和重量无严格限制的场合。
由于在啮合过程中，小齿轮的轮齿接触次数比大齿轮多。
因此，若两齿轮的材料和齿面硬度都相同时，则一般小齿轮的寿命较短。
为了使大小齿轮的寿命接近，应使小齿轮的齿面硬度比大齿轮高出30～50HBS。
对于高速、重载或重要的齿轮传动可采用硬齿面齿轮组合，齿面硬度可大致相同。
（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。
常用材料有HT250、HT300等。
（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6—4。
表6—4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
45
调制
217~255
合金钢
35SiMn
217~269
40Cr
241~286
优质碳素钢
35
表面淬火
180~210
40~45
高速中载、无剧烈冲击的齿轮。
45
217~255
40~50
合金钢
40Cr
241~286
42~55
20Cr
渗碳淬火
56~62
高速中载、承受冲击载荷的齿轮
20CrMnTi
56~62
38CrMoAIA
氮化
>850HV
载荷平稳、润滑良好的齿轮
铸钢
ZG45
正火
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
常用的热处理方法与化学方法包括表面淬火、渗碳淬火、调制、正火、渗碳。
表面淬火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。
调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35MnTi等调质处理后吃面硬度为220~260HBS.，因为硬度不高。
故可以在热处理后经切齿型，且在使用中易于饱和。
正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。
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。
由于该齿轮工作在高速中等冲击载荷下，为了能达到要求并根据上述知识，采用硬齿面，大、小齿轮均用45钢、表面淬火处理，齿芯硬度：
220~260HBS，齿面硬度：
40~50HRC。
4.3确定设计公式及校核公式
该齿轮传动为闭式硬齿面，具有一定的齿面抗点蚀能力，主要失效形式是齿根折断，故按齿根弯曲疲劳强度设计，再按齿面接触疲劳强度校核。
设计公式为：
渗碳淬火因渗碳钢量0.15~0.25%的低碳钢和地毯合金钢如20、20等。
吃面硬度达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。
校核公式为：
4.4计算过程
（1）齿数z
对于软吃面的闭式传动，在满足弯曲疲劳强度的条件下，宜采用较多齿数，一般取z1=20~40.因为当中心距确定后，齿数多，则重合度大，可提高传动的平稳性。
对于硬齿面的齿轮传动，首先应具有足够大的模数以保证齿根弯曲疲劳强度，为减小传动尺寸，宜取较小齿数，但要避免发生根切，一般取z1=17~20。
根据设计要求取z1=18，z2=iz1=6×18=108。
（2）载荷系数K，按表6－5取K=1.5
表6－5载荷系数K
载荷状态
工作机器
原动机：
电动机、内燃机、燃气轮机
往复式发动机
多缸
单缸
均匀轻微冲击
运输机、轻、中型的卷扬机、起重机、发电机鼓风机
1
1.25
1.5
中、小冲击
重型运输机、卷相机、起重机、混泥土搅拌机、机床主传动
1.25
1.5
1.75
较大冲击
碎矿机、特重型起重机、轧钢机、锻压机
1.75
≥2
2.25
（3）转矩T1=9.55×106×P1/n1
=9.55×106×10/1200
=79583.3N·mm
（4）弯曲疲劳许用应力
按齿面硬度中间值查图6-18得，
σFlim1=310MPa,σFlim2=300MPa
图6-18齿轮材料的σFlim
按一年工作300天计算，应力循环次数，
N1=60njLh
=60×1200×1×10×300×16
=3.456×109
N2=N1/i=3.456×109/6=5.76×108
由图6-20得弯曲疲劳寿命系数
YN1=0.86，YN2=0.9
图6-20弯曲疲劳寿命系数YN
按一般可靠性要求，取SF=1,则
[σFl]===266.6
[σF2]===270
表6—24齿形系数
z（zv）
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
YFa
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
YSa
1.52
1.53
1.54
1.55
1.56
1.57
1.575
1.58
1.59
1.595
1.60
1.61
1.62
z（zv）
30
35
40
45
50
60
70
80
90
100
150
200
∞
YFa
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
YSa
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
查表6—24得
YFa1=2.91,YSa1=1.53
YFa2=2.20,YSa2
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