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1、哈工大机械设计大作业-齿轮传动设计5.3.4(绝对完美版) Harbin Institute of Technology 齿轮传动设计 设计说明书 课程名称：机械设计 设计题目：齿轮传动设计 院系：能源科学与工程学院班级： 设计者： 学号： 指导教师：曲建俊 设计时间：2022.10.30 哈尔滨工业大学 目录 一、设计题目-2 二、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级-2 三、初步计算传动主要尺寸-3 四、确定传动尺寸-4 五、校核齿根弯曲疲劳强度-5 六、计算齿轮传动其他尺寸-6 七、大齿轮结构设计-7 八、参考文献-8 一、设计题目 1.1 设计题目:设计绞车（带棘轮制动器）中的齿轮传动
2、1.2 传动方案如下图所示 : 1.3 已知数据： 注：FC -电动机额定负载时间持续率。 二、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级 考虑到绞车（带棘轮制动器）为一般机械，故大、小齿轮均选用45钢，采用软齿面。由参考文献1表8.2查得：小齿轮调质处理，齿面硬度为217255HBW ，平均硬度236HBW ；大齿轮正火处理，齿面硬度162217HBW ，平均硬度190HBW 。大、小齿轮齿面平均硬度差为46HBW 。大、小齿轮均选用8级精度设计。 三、初步计算传动主要尺寸 因为齿轮采用软齿面闭式传动，齿面疲劳点蚀是其最主要的失效形式，故按齿面接触疲劳强度进行设计。齿面接触疲劳强度的设计公式： 32
3、 1112? ? H H E d Z Z Z u u KT d 式中各参数为： （1）小齿轮传递的转矩1T 。 61119.5510P T n =? 112d P P = 式中 1V 带传动的传动效率； 2滚动轴承的传动功率； 由参考文献2表9.1可知96.01=，98.02=，带入上式可得： kW kW P P d 7632.30.498.096.021 1=?= 故 mm N n P T ?=?=?=3.1178313 9157632.31055.91055.9611 6 1 （2）设计时，因v 值未知，v K 不能确定，故可初选载荷系数8.11.1=t K ，本题初取 3.1=t K 。
4、 （3）由参考文献1表8.6取齿宽系数0.1=d 。 （4）由参考文献1表8.5查得弹性系数MPa Z E 8.189=。 （5）由参考文献1图8.14查得节点区域系数5.2=H Z 。 （6）齿数比083.560 3 915= u 。 （7）初选241=z ，则99.121083.52412=?=u z z ，取1222=z 。 由参考文献1式（8.1）得 72.10.11221241 2.388.1cos 112.3-88.121=? ?+-=? ? ? ? ?+=z z 由表参考文献1图8.15得重合度系数861.0=Z 。 （8）许用接触应力可由参考文献1式（8.26）H H N H
5、S Z lim = 算得。 由参考文献1图8.28（e ）、（a ）得接触疲劳极限应力MPa H 5701lim =，MPa H 3902lim =。 由参考文献1表8.7，取安全系数0.1=H S 。 小齿轮1与大齿轮2的应力循环次数分别为 81110784.88250830.13 915 6060?=?=h aL n N 88 1210728.1083 .510784.8?=?=u N N 由参考文献1图8.29查得寿命系数02.11=N Z ，12.12=N Z （允许局部点蚀），则 MPa S Z H H N H 4.5810 .157002.11lim 11=?= MPa S Z H
6、 H N H 8.4360 .139012.12lim 22=?= 故取 MPa H H 8.4362= 初算小齿轮1的分度圆直径t d 1，得 mm Z Z Z u u T K d H H E d t t 451.688.436861.05.28.189083.51083.50.13.1178313.121232 32 11=? ?+?=? ? ? 四、确定传动尺寸 （1）计算载荷系数K 。 由参考文献1表8.3查得使用系数25.1=A K 。 齿轮线速度如下式 s m n d v t 09.11000 603915 451.681000 601 1=? ?= ?= 由参考文献1图8.7查得
7、动载系数1.1=V K ； 由参考文献1图8.11查得齿向载荷分布系数06.1=K ； 由参考文献1表8.4查得齿间载荷分配系数1.1=K 。 故载荷系数 60.11.106.11.125.1=?=K K K K K V A （2）对t d 1进行修正。 因K 与t K 有较大差异，故需要对按t K 值计算出的t d 1进行修正，即 mm K K d d t t 357.733 .160.1451.6833 11=?= （3）确定模数m 。 mm z d m 06.324 357 .7311= 按参考文献1表8.1，取mm m 3=。 （4）计算传动尺寸。中心距 ()()mm z z m a
8、21912224321 2121=+?=+= 改变m 、Z 的搭配，圆整中心距，取241=z ，1202=z ，mm m 3=，则 ()()mm z z m a 2161202432 1 2121=+?=+= 524120= i ，%5%66.15 5083.5=-=?i i ，允许 由mm d b d 357.73357.730.112=?=，取mm b 742=。 又()mm b b 10521+=，取mm b 801=。 五、校核齿根弯曲疲劳强度 F s F F Y Y Y bmd KT = 1 1 2 式中各参数： （1）11d m T K 、值同前。 （2）齿宽mm b b 742=
9、。 （3）齿形系数F Y 和应力修正系数s Y 。 由参考文献1图8.19查得65.21=F Y ，15.22=F Y 。 由参考文献1图8.20查得58.11=S Y ，82.12=S Y 。 （4）由参考文献1图8.21查得重合度系数71.0=Y 。 （5）许用弯曲应力可由参考文献1式（8.29）F F N F S Y lim = 算得。 由参考文献1图8.28（f ）、（b ）查得弯曲疲劳极限应力 MPa F 2201lim =，MPa F 1702lim = 由参考文献1图8.30查得寿命系数0.121=N N Y Y 。 由参考文献1表8.7查得安全系数25.1=F S ，故 MPa
10、 S Y F F N F 17625 .12200.11lim 11=?= MPa S Y F F N F 13625 .11700.12lim 22=?= MPa MPa Y Y Y bmd KT F s F F 17683.6871.058.165.2357.733743 .11783160.122111111=?=MPa MPa Y Y Y bmd KT F s F F 13697.6371.081.115.2357.733743 .11783160.1222221 12=?= 满足齿根弯曲疲劳强度要求。 六、计算齿轮传动其他尺寸 （1）对于小齿轮： 分度圆直径mm mz d 72243
11、11=?=； 齿顶高mm m h h a a 331*1=?=； 齿根高() ()mm m c h h a f 75.3325.01*1=?+=+=； 齿顶圆直径mm h d d a a 7832722111=?+=+=； 齿根圆直径mm h d d f f 5.6475.32722111=?-=-=； 小齿轮齿宽mm b 801=。 （2）对于大齿轮： 分度圆直径mm mz d 360120322=?=； 齿顶高mm m h h a a 331*2=?=； 齿根高() ()mm m c h h a f 75.3325.01* 1=?+=+=； 齿顶圆直径mm h d d a a 368323
12、602222=?+=+=； 齿根圆直径mm h d d f f 5.35275.323602222=?-=-=； 大齿轮齿宽mm b 742=。 七、大齿轮结构设计 （1）齿轮结构形式的确定 由于齿顶圆直径mm mm h d d a a 500368323602222=?+=+=，为了减少质量和节约 材料，采用锻造腹板式结构。为降低成本、提高效率、适于批量生产，采用模锻的加工方法，起模斜度为1：10。 （2）轮毂孔径的确定 大齿轮轮毂孔径是根据与孔相配合的轴径确定，此处按照扭矩初算轴径 3 n P C d 由参考文献1表10.2查得103126=C ，由于齿轮不装在轴端部，故取125=C 。
13、由参考文献2由表9.1查得8级精度的一般齿轮传动效率97.03=，则 kW P P 650.397.07632.331 =?= 所以 mm n P C d 161.4960 650 .312533 =?= 考虑到键槽削弱轴的强度，而轴和大齿轮连接时用键连接，轴和联轴器连接时用键连接，即轴颈上有2个键槽，故应将轴径增大10%，则 ()mm d 077.54161.49%101=?+ 根据参考文献2表9.4，按标准20222822-T GB 的20a R 系列圆整，取mm d 56=。 根据参考文献2表11.28，键的公称尺寸1016?=?h b ，采用普通平键连接，则轮毂 上键槽的尺寸mm b
14、037.016=，mm t 2 .0013.4+=。 （3）齿轮结构尺寸的确定 根据参考文献1由图8.38可知： mm d k 56=； mm d D k 6.89566.16.11=?=； mm m d D a 338310368102=?-=-； ()()mm mm d L k 842.67565.12.15.12.1=?=，取mm L 80=； ()()mm mm b c 2.228.14743.02.03.02.0=?=，取mm c 16=； mm c r 8165.05.0=?=； ()()mm D D D 8.2133386.895.05.0210=+?=+； ()()mm D D d 1.626.89-33825.025.0120=?=-； ()()mm mm mm m 10125.7345.245.20=?=，取010mm =。 齿轮零件工作图见A2图纸。 八、参考文献 1王黎钦，陈铁鸣. 机械设计. 6版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2022.7 2张锋，古乐. 机械设计课程设计. 5版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2022.8 3张锋，宋宝玉. 机械设计大作业指导书. 北京：高等教育出版社，2022.10