山东建筑大学 齿轮课程设计说明
题目： 齿轮设计 课程： 机械设计
院部： 机电工程学院 专业： 机械电子工程 班级： 机电132班 姓名： 刘建国 学号： 20130712066 指导老师： ；李乃根 完成日期： 2015年11月8日
齿轮的设计
一、齿轮的设计要求
设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知P1=7.5KW，n1=1450r|min，z1=26，z2=54，寿命是Lh=12000h，小齿轮相对其轴的支撑为不对称布置，并画出大齿轮的结构图。 二、设计步骤
1、选定齿轮类型、精度等级、材料和齿数。
（1）根据设计要求选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取20o。 （2）铣床的给进系统齿轮是一般工作机器，参选表10-6，选用7精度等级。 （3）材料的选择。由表10-1，选择小齿轮的材料为40Cr（调质），齿面硬度 为280HBS≤350HBS，大齿轮的材料为45钢（调质），齿面硬度为240HBS ≤350HBS，均为软齿面。
（4）选小齿轮齿数z1=26，大齿轮齿数z2=54。 2、按齿面接触疲劳强度设计。
（1）由式子10-11试算小齿轮分度圆直径，
2KH1?T1u?1?zH?zE?z? d1t?3?????H??du????? ?2 1）确定公式中的各参数值。 ?试选KH1=1.3
?计算小齿轮传递的转矩 T1=9.55×106×P÷n1=9.55×7.5÷1450×106=4.939×104N|mm ③由表10-7选齿宽系数Фd=1
④由图10-20查的区域系数为zH=2.5
⑤由表10-5查的材料的弹性影响系数ze=189.8MPa ⑥由式子10-9计算接触疲劳强度用重合度系数zε。
?a1?arccos??z1cos??*?z?2ha??1?z2cos??*?z?2h2a???a2?arccos? ????z1?tan?1-tan????z2?tan?2-tan?????2?4-??3得知?a1?29.241?，?a2?25.028?，z??0.8766，???1.6945?z??
⑦计算接触疲劳许用应力??H?。
由图10-25d得知小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限分别是
?Hlmi1?600MPa，?Hlim2?550MPa
由式子10-15计算应力循环次数
N1?60n1jLh N2?N1?u
得知N1?1.044?109，N2?2.1683?109 由图10-23查取解除疲劳寿命系数KHN1?0.90，KHN2?0.95 取失效概率1%，安全系数s=1，由式子10-14得知
SK??Hlim2 ??H?2?HN2
S??H?2?523MPa得知??H?1?540MPa，??H?1?KHN1??Hlim1 取其中较小的为该齿轮副的解除疲劳许用应力即 ??H????H?2?523MPa 2）试计算小齿轮分度圆直径
2KH1?T1u?1?zH?zE?z?d1t?3?????H??du?????=?23542?12?1.3?4.939?10426?2.5?189.8?0.8766?????49.368mm ?541523??26 （2）调整小齿轮分度圆直径。
1）计算实际载荷系数前的数据准备。 ①圆周速度v
?d1tn1??49.368?1450??3.748m|s v?60?100060?1000 ②齿宽b
b??d?d1t?1?49.368?49.368mm 2）计算实际载荷系数KH ①由表10-2得知使用系数KA=1
②根据v=3.748m|s，7精度等级由表10-8得知动载荷系数KV?1.15 ③齿轮的圆周力
Ft1?
2T1?2?4.939?104?49.36?2?103Nd1tKAFt1?1?2?103?49.368?40.53Nmm?100N/mmb
查表10-3得知齿间载荷分布系数KH??1.2
④由表10-4用插值法得知7级精度、小齿轮相对支承轴不对称布置时齿
向载荷分布系数KH??1.417由此得到实际载荷系数 KH?KA?KV?KH??KH??1?1.15?1.2?1.417?1.9554 63）由式子10-12计算按实际载荷系数算得的小齿轮分度圆直径
dt?d1t?3
KH1.955?49.368?3?56.5605mmKHt1.3
及相应的齿轮模数m?d1?56.5605?26?2.1754mmz1 3、根据齿根弯曲疲劳强度设计。 （1）由式子10-7试算模数即 mt?32KF1T1Y?Ysa?YFa?
??F??dz121）确定公式中的各参数值。 ①试选KFt?1.3。
②由式子10-5计算弯曲疲劳强度用重合度系数。 Y??0.25?YFaYsa0.75???0.25?0.75?0.692 61.6945 ③计算
??F?。
由图10-17查的齿形系数
YFa1?2.6，YFa2?2.25。由图10-18得知应力修正系数Ysa1?1.62，Ysa2?1.72由图10-24c查的小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为?Flim1?500MPa，?Flim2?380MPa
由图10-22得知弯曲疲劳寿命系数KFN1?0.85 ，KFN2?0.88。 取弯曲疲劳安全系数s=1.4，由式子10-14得知
??F?1?KFN1??Flim1?0.85?500MPa?303.57MPas1.4??F?2?KFN2??Flim2?0.88?380MPa?238.86MPas1.4 Y?Y 2.60?1.62Fa1sa1??0.0139??F?1303.57YFa2?Ysa2??F?2?2.25?1.72?0.0162238.86YFaYsa 因为大齿轮的
YFaYsa??F?大雨大齿轮，所以取
??F??0.016 2 2）试算模数
2KFtT1Y?YFaYsa32?1.3?4.939?104?0.6926mt?3???0.0162?2.1314mm 22??F?1?26?dz1（2）调整齿轮模数
1）计算实际载荷系数前的数据准备。 ①圆周速度v
d1?mtz1?2.1314?26?55.4164mm v??dtn160?1000 ②齿宽b
???55.4146?145060?1000?4.21m/s
b??dd1?1?55.4164?55.4164mm ③宽高比b/h
*h?（2h*（2?0.25）?2.1314?4.795mma?c）mt?b/h?55.4164?4.795?11.5571
2）计算实际载荷系数KF
①根据v=4.21m/s，7级精度，由图10-8查的动载系数Kv?1.15
42T2?4.939?10 ②由Ft1?1??1.783?103，KAFt1?b?32.166N/mm
d155.4164
≤100N/mm查表10-3得知齿间载荷分布系数KF??1.2 ③由表10-4用插值法得知KH??1.417，结合
b/h?11.557查图10-13得知KF??1.35
则载荷系数为
KF?KAKVKF?KF??1?1.15?1.2?1.35?1.863mm 3）由式子10-13，可按实际载荷系数算的齿轮模数 m?mt3KF31.863mm ??2.131?42.403KFt1.3 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m小于齿根弯曲疲劳强
度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定 的承受能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承受能力，仅与齿轮直径分度 圆直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.403并就近圆整为标准值 m=2.5mm，由m?d1得知d1=2.5×26mm=65mm，z1=26，z2=54互为质 z1 数。
4、几何尺寸计算。
（1）计算分度圆直径。
d1?mz1?2.5?26?65mmd2?mz2?2.5?54?135mm
（2）计算中心距。
d?d265?135??100mm a?122 （3）计算齿轮宽度。 b??dd1?65mm
考虑不可避免的安装误差，为了保证设计齿轮宽度b和节省材料，一般 的将小齿轮略微加宽（5~10）mm，即取b1=b+（5~10）mm=70~75
Mm取b=70mm，而使大齿轮的齿宽等于设计齿宽b2=b=65mm 5、齿轮强度校核。
（1）齿面接触疲劳强度校正。
KH?1.95546，T1?4.939?103N/mm，?d?1，d1?65mm 1u?2.07，ZH?2.5，ZE?18.98MP2a，Z??0.8766
?H?2KHT1u?1??ZHZEZ??3?dd1u2?1.95546?4.939?1043.07??2.5?189.8?0.87663652.07=424.775N≤??H?
齿面接触疲劳强度满足要求，并且齿面接触 应力比标准齿轮有所下降。 （2）齿根弯曲疲劳强度校核。
??65?1450?d1n1v?60000??4.93m/s查得动载系数Kv?1.15600002T13F? 1d?1.52?10N，KAF1?b?21.7?100N/mm，得知
1KF??1.2，KF??1.35（由KH??1.426和b/h?12.44查表得知）得知KF?1.863，T1?4.939?104N/mm，
YFa1?2.6，Ysa1?1.62，YFa2?2.25，Ysa2?1.72，Y??0.6926?d?1，m?2.5mm，z1?26.将他们带入式子10-6得到?F1?F22KFT1Ysa1YFa1Y?2?4.939?104?2.6?1.62?0.6926???27.28????12?dm3z11?2.53?2622KFT1YsaY2?4.939?104?2.25?1.72?0.69262FaY2????25.07????21?2.53?262?dm3z12
齿根弯曲疲劳强度满足要求
6、主要设计结论 。
齿数z1=26，z2=54，模数m=2.5，压力角α=20o，中心距a=100mm，齿宽 b1= 70、b2=65。小齿轮材料选用40Cr（调质）大齿轮材料45钢（调质）
7、齿轮的结构设计及其零件图。 （1）小齿轮的设计
d1?65?160mm所以小齿轮设计成式实齿心轮 。 （2）大齿轮的设计
由式子d?m?z得知d2?54?2.5?135mm，
da?d?2ha，ha?h*da?135?5?140?500mma?m，得知可选用腹板式锻造齿轮 其他数据参照大齿轮CAD图
mm
