一、设计任务
设计齿轮传动时,应根据齿轮传动的工作条件和要求、输入轴的转速和功率、齿数比、原动机和工作机的工作特性、齿轮工况、工作寿命、外形尺寸要求等,确定:
1、齿轮材料和热处理方式
2、主要参数和几何尺寸
3、结构形式及尺寸、精度等级及其检验公差等。
一般情况下可获得多种可行方案,应根据具体目标,通过评价决策,得出最佳方案。
二、设计过程和方法
1、齿轮传动的设计过程如下:
(1)选择齿轮材料、热处理方式、 精度等级
(2)初选齿数、齿宽系数、螺旋角
(3)根据强度条件初步计算出齿轮的分度圆直径或模数
(4)计算出齿轮的主要几何尺寸
(5)设计齿轮结构,并绘制出零件工作图
应注意的是,有些参量往往不是经一次选择,就能满足设计要求的,计算过程中,须不断修改或重选,进行多次反复计算,才能得到最佳结果。
2、有关参量的选择原则
(1)齿轮材料、热处理方式
选择齿轮材料时,应使轮芯具有足够的强度和韧性,以抵抗轮齿折断,齿面具有较高的硬度和耐磨性,以抵抗齿面的点蚀、胶合、磨损和塑性变形。另外,还应考虑齿轮加工和热处理的工艺性及经济性等要求。通常,对于重载、高速或体积、重量受到限制的重要场合,应选用较好的材料和热处理方式,反之,可选用性能较次但较经济的材料和热处理工艺。
(2)齿轮精度等级
齿轮精度等级应根据齿轮传动的用途、工作条件、传递功率和圆周速度的大小及其它技术要求等来选择。一般,传递功率大,圆周速度高,要求传动平稳,噪声低等场合,应选
用较高的精度等级,反之,为了降低制造成本,精度等级可选得低些。选择精度等级时可参考表3-5。
表3-5 齿轮传动精度等级适用的速度范围
齿的种类
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传动种类
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齿面硬度HBS
|
齿轮精度等级
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3,4,5
|
6
|
7
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8
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9
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直齿
|
圆柱齿轮
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≤350
|
>12
|
≤18
|
≤12
|
≤6
|
≤4
|
>350
|
>10
|
≤15
|
≤10
|
≤5
|
≤3
|
圆锥齿轮
|
≤350
|
>7
|
≤10
|
≤7
|
≤4
|
≤3
|
>350
|
>6
|
≤9
|
≤6
|
≤3
|
≤2.5
|
斜齿及曲齿
|
圆柱齿轮
|
≤350
|
>25
|
≤36
|
≤25
|
≤12
|
≤8
|
>350
|
>20
|
≤30
|
≤20
|
≤9
|
≤6
|
圆锥齿轮
|
≤350
|
>16
|
≤24
|
≤16
|
≤9
|
≤6
|
>350
|
>13
|
≤19
|
≤13
|
≤7
|
≤6
|
(3)主要参数
1)齿数z
闭式软齿面:大,一方面有利于传动的平稳性和减少噪声,另一方面,加大,m减小,可减少金属切削量,节省制造费用;m减小,还能降低齿高,减少滑动系数,减小磨损,提高抗胶合能力。所以在保持分度圆直径d不变和满足弯曲强度的条件下,齿数应选得多些,一般可取。
闭式硬齿面、开式齿轮和铸铁齿轮传动,其齿根弯曲强度往往是薄弱环节,应取较少齿数和较大的模数,以提高轮齿的弯曲强度。一般取。
对于承受变载荷的齿轮传动及开式齿轮传动,为了保证齿面磨损均匀,宜使大、小齿轮的齿数互为质数,至少不要成整数倍。
2)齿宽系数、
齿宽系数大,有利于提高承载能力,但却增加了载荷沿齿宽分布的不均匀性,设计时,必须合理选择。一般,圆柱齿轮的齿宽系数可参考表3-6选用。其中,闭式传动,支承刚性好,可取大值;开式传动,齿轮一般悬臂布置,轴的刚性差,应取小值。
对于直齿圆锥齿轮传动,因轮齿由大端向小端缩小,载荷沿齿宽分布不均,不宜太大,常取=0.25~0.3。
表3-6
圆柱齿轮的齿宽系数
齿轮相对轴承的位置
|
大轮或两轮齿面硬度≤350HBS
|
两轮齿面硬度>350HBS
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对称布置
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0.8~1.4
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0.4~0.9
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不对称布置
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0.6~1.2
|
0.8~0.6
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悬臂布置
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0.3~0.4
|
0.2~0.5
|
3)模数m
模数圆整为标准值。对于传递动力用的圆柱齿轮传动,其模数应大于1.5mm;对圆锥齿轮传动,其模数应大于2mm。国家标准(GB1357-87)规定的齿轮的标准模数(表3-7)。
表3-7 渐开线齿轮的标准模数(GB1357-87)
第一系列
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1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6
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第二系列
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1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 4.5 5.5 (6.5) |
第一系列
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8 10 12 16 20 25 32 40 50
|
第二系列
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7 9 (11)
14 18 22 28 36 45 |
注:(1)对斜齿圆柱齿轮及人字齿轮,取法面模数为标准模数;对锥齿轮,取大端模数为标准模数;
(2)应优先采用第一系列,括号内的模数尽可能不用。
4)螺旋角b
b增大可提高传动平稳性和承载能力,但b过大,会导致轴向力增加,使轴承及传动装置的尺寸也相应增大;同时,传动效率也会降低。一般可取。
但从减小齿轮传动的振动和噪声来考虑,目前有采用大螺旋角的趋势。人字齿轮传动,因其轴向力可相互抵消,b可取大些,一般可取到,常用30°以下。