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齿轮设计

微型汽车所配发动机的基本参数,其最大功率58.8KW/6000rpm ,最大转矩108Nm/4400rpm 变速器的设计。

参考一款类似车型的传动比大小,初步选定各档传动比值 传动比:一档769.3222714431=⨯=i 二档915.1222725392=⨯=i 三档339.1222733363=⨯=i 四档14=i 五档89.0222740295=⨯=i 齿轮的初步参数中心距:根据经验公式初选31max g e A i T K A η= K A 是中心距系数,乘用车8.9~9.3,商用车8.6~9.6。

max e T 发动机最大转矩(Nm )1i 一档传动比,η传动效率96%初选模数:经验公式,一档mm i T K m e m n ,31max 1η=,1m K 为模数系数,一般为0.27~0.37,max e T 发动机最大转矩,1i 变速器一档传动比,η变速器传动效率0.96高档齿轮 mm T K m e m n ,3max =,m K 模数系数0.37~0.48齿宽:齿轮宽度较大时,其承载能力会提高,但是当齿轮受载后,由于存在轴的挠度变形及齿轮的齿向误差等原因,使得齿轮沿齿宽方向的受力不均匀,因而选择齿宽时不宜过大。

通常情况下,齿宽的确定是根据齿轮模数的相关经验公式来选取的n c m K b =c K 齿宽系数,直齿轮取4.4~7.0;斜齿轮取7.0~8.6。

为便于装配和调整,一般小齿轮宽度再加大5~10mm ,但计算时按大齿轮宽度计算。

螺旋角:一般10°~35°,过大,轴向力大;过小, 中间轴上轴向力平衡111tan βn a F F =222tan βn a F F =传递的扭矩相等2211r F r F T n n ==2121tan tan r r =ββ,尽量抵消轴向力各档齿数的分配(1) 确定一档齿轮齿数。

一档传动比769.3z z z 11c 1=⨯=主从主从c z i一档齿数和nh m A z 1cos 2β=初选中心距,取K A =9,1i =3.769,η=0.96,可得A=65.7985mm ,取整A=66mm 。

一档模数得1.97~2.7,取2.25;其他的1.76~2.28,取为2mm初选螺旋角1β=13°,可以求得一档齿数和为57。

而一档主动小齿轮的齿数范围在12~17之间,取主1z =14,从1z =43。

(2) 确定长啮合齿轮的齿数分配。

初取螺旋角c β=28°,且齿数和为51.8,根据齿数比可得(3) 确定二档 (4) 确定三档 (5) 确定五档(6) 确定倒档的齿数分配 变位系数的选择 齿轮各个参数的计算齿轮受力:nP T 9550= 圆周力 112d T F t =径向力 βααcos tan tan n t t t r F F F ==轴向力 βtan t a F F = 法向力 βαβαcos cos cos cos n tb t t n F F F ==实际受力(计算载荷)t V A t tc F K K K K KF F βα== K 为载荷系数,使用系数,动载系数,齿间载荷分配系数,齿向载荷分布系数,名义载荷 齿轮的校核(1)齿面接触强度计算 齿面接触强度核算时,取节点和单对齿啮合区内界点的接触应力中的较大值,小轮和大轮的许用接触应力要分别计算。

下列公式适用于端面重合度5.2<αε的齿轮副大、小轮在节点和单对齿啮合区内界点处的计算接触应力中的较大值,均应不大于其相应的许用接触应力,即HP H σσ≤或接触强度的计算安全系数,均应不小于其相应的最小安全系数,即min H H S S ≥H σ齿轮的计算接触应力HP σ齿轮的许用接触应力H S 接触强度的计算安全系数min H S 接触强度的最小安全系数(附录A )小轮和大轮的计算接触应力分别按下述两式确定αβσσH H V A H B H K K K K Z 01= αβσσH H V A H D H K K K K Z 02=使用系数A K ,动载系数V K ,齿向载荷分布系数βH K ,齿间载荷分配系数αH KB Z D Z 小轮及大轮单对齿啮合系数,0H σ节点处计算接触应力的基本值,N/mm 2uu b d F Z Z Z Z t E H H 110±=βεσt F 端面内分度圆上的名义切向力;b 工作齿宽,指一对齿轮中的较小齿宽;1d 小齿轮分度圆直径;u 齿数比;H Z 节点区域系数;E Z 弹性系数;εZ 重合度系数;βZ 螺旋角系数 许用接触应力minH HGHP S σσ=,X W R V L NT H H G Z Z Z Z Z Z lim σσ=HG σ计算齿轮的接触极限应力,lim H σ试验齿轮的接触疲劳极限,NT Z 接触强度计算的寿命系数,L Z 润滑剂系数,V Z 速度系数,R Z 粗糙度系数,W Z 工作硬化系数,X Z 接触强度计算的尺寸系数接触强度的计算安全系数HXW R V L NT H H HG H Z Z Z Z Z Z S σσσσlim ==,大小齿轮分别计算确定各个系数:使用系数A K =1.25,如表2,;动载系数V K =1.1,如图3所示齿向载荷分布系数βH K 是考虑沿齿宽方向载荷分布不均匀对齿面接触应力影响的系数,表14和表15 ,如非对称支撑b C d b d b B A K H 3212110)]()(6.01[-⋅+++=β,硬齿面装配时不作检验调整 A=1.05,B=0.31,C=0.23。

齿间载荷分配系数αH K 是考虑同时啮合的各对轮齿间载荷分配不均匀影响的系数。

影响因素主要有:受载后轮齿变形;轮齿制造误差,特别是基节偏差;齿廓修形;跑合效果。

表16。

.节点区域系数H Z 是考虑节点处齿廓曲率对接触应力的影响,并将分度圆上切向力折算为节圆上法向力的系数tt tb H Z '2'sin cos cos cos 2αααβ=端面压力角)cos tan arctan(βααnt = 基圆螺旋角)cos arctan(tan t b αββ= 端面啮合角n t t z z x x inv inv αααtan )(21212'±±+=弹性系数E Z 是用以考虑材料弹性模量E 和泊松比μ对赫兹应力的影响。

其数值可按实际材料弹性模量E 和泊松比μ由下式计算得出。

对于某些常用材料组合的E Z 可参考表18查取。

)11(1222121E E Z E μμπ-+-=,重合度系数εZ 是用以考虑重合度对单位齿宽载荷的影响。

直齿轮34αεε-=Z 斜齿轮:当纵向重合度1<βε时,αββαεεεεε+--=)1(34Z 当纵向重合度1≥βε时,αεε1=Z端面重合度)]tan (tan )tan (tan [21'22'11t at t at z z ααααπεα-+-= 纵向重合度nm b πβεβsin =,当大小齿轮的齿宽不一样时,采用其中较小值。

螺旋角系数βZ 是考虑螺旋角造成的接触线倾斜对接触应力影响的系数。

ββcos =Z单对齿啮合系数B Z D Z 是把节点C 处的接触应力折算到小轮(大轮)单对齿啮合区内界点B 处的接触应力的系数; 端面重合度2<αε的外啮合齿轮]2)1(1][21[tan 2222212121'1z d d z d d M b a b a tπεπαα-----=]2)1(1][21[tan 1212122222'2z d d z d d M b a b a tπεπαα-----=直齿轮:当11>M 时,1M Z B =;当11≤M 时,1=B Z当12>M 时,2M Z D =;当12≤M 时,1=D Z斜齿轮:当纵向重合度0.1≥βε时,1=B Z ,1=D Z当0.1<βε时,()111--=M M Z B βε,当1<B Z 时,取1=B Z()122--=M M Z D βε,当1<D Z 时,取1=D Z对内啮合齿轮,取1=B Z ,1=D Z 。

对于端面重合度32<<αε的外啮合齿轮,B Z 和D Z 按两对齿啮合的外界点计算。

(2)轮齿弯曲强度齿根应力FP F σσ≤,或安全系数min F F S S ≥F σ齿轮的计算齿根应力,FP σ许用齿根应力,F S 弯曲强度的计算安全系数,min F S 弯曲强度的最小安全系数αβσσF F V A F F K K K K 0=βF K 弯曲强度计算的齿向载荷分布系数,αF K 弯曲强度计算的齿间载荷分布系数,0F σ齿根应力的基本值(大小齿轮分别确定),计算精确度要求较高的齿轮,用方法一方法一:本法是以载荷作用于单对齿啮合区外界点为基础进行计算的。

齿根应力基本值可按下式确定βσY Y Y bm F S F ntF =0 F Y 载荷作用于单对齿啮合区外界点时的齿形系数;S Y 载荷作用于单对齿啮合区外界点时的应力修正系数;βY 螺旋角系数方法二:本法是以载荷作用于齿顶为基础进行计算的,仅适用于2<αε的齿轮传动。

齿根应力基本值可按下式确定βεσY Y Y Y bm F Sa Fa ntF =0 Fa Y 载荷作用于齿顶时的齿形系数;Sa Y 载荷作用于齿顶时的应力修正系数;εY 弯曲强度计算的重合度系数 许用齿根应力minF FGFP S σσ=,X RrelT relT NT ST F FG Y Y Y Y Y δσσlim =FG σ计算齿轮的弯曲极限应力;lim F σ试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限;ST Y 试验齿轮的应力修正系数,用标准中的lim F σ计算时,取0.2=ST Y ;NT Y 弯曲强度计算的寿命系数;min F S 弯曲强度的最小安全系数(附录A ),relT Y δ相对齿根圆角敏感系数,RrelT Y 相对齿根表面状况系数,X Y 弯曲强度计算的尺寸系数 弯曲强度的计算安全系数FFGF S σσ=,大小齿轮的安全系数应分别计算。

各个修正系数的确定齿向载荷分布系数βF K 是考虑沿齿宽载荷分布对齿根弯曲应力的影响。

对于所有的实际应用范围,可按下式计算:NH F K K )(ββ=N 幂指数22)()(1)(h b h b h b N ++=,b 齿宽;h 齿高;b/h 应取大小齿轮中的小值 或者根据图6(上式的近似值)确定。

齿间载荷分布系数,表16齿形系数F Y Fa Y 是用以考虑齿形对名义弯曲应力的影响,以过齿廓根部左右两过渡曲线与30°切线相切点的截面作为危险截面进行计算。

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