圆柱齿轮减速器的齿轮设计

2015-10-22张雷代浩苏遵

科技创新导报 2015年24期

张雷代浩苏遵

摘要：本文设计了减速核心传动机构，该机构由二级展开式圆柱直齿轮组成，运动仿真显示，该机构完成完成了准确减速的功能，运行流畅，能够达到传动要求。

关键词：机械设计减速器齿轮传动设计

中图分类号：TH132 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0133-02

齿轮传动是机械传动中最重要的应用最广泛的一种传动形式，对齿轮传动的最基本要求是运转平稳且有足够的承载能力。齿轮传动具有承载能力大，效率高，允许速度高，尺寸紧凑寿命长等特点，因此，机械传动系统中一般首先采用齿轮传动，并且齿轮机构可以用来传递在任意两轴间的运动和动力，是现代机器应用最广泛的一种机械传动机构。显然，齿轮传动的安全性与精确性非常重要，以下该文对二级展开式圆柱直齿轮减速器中的齿轮传动进行设计。

1 技术方案

如图1所示，对于二级展开式圆柱直齿轮减速器而言，共有两级减速，它们分别是Ⅰ—Ⅱ轴高速传动啮合齿轮减速机构和Ⅱ—Ⅲ轴低速传动啮合齿轮减速机构。首先根据外部传动

要求确定减速器的总传动比、总功率，对齿轮机构分配传动比，确定各级转速，进行齿轮机构的设计与校核。

2 确定齿轮传动所需动力参数

依据传动要求选择电动机型号为Y160M1-8，并根据推荐公式设定各级传动比为i1=4.26，i2=2.87。

其中i1为高速级传动比；i2低速级传动比。

确定各轴的输入转矩T（N·m）。

高速轴Ⅰ的输入转矩TⅠ=9550PⅠ/nⅠ。

中间轴Ⅱ的输入转矩TⅡ=9550PⅡ/nⅡ。

3 传动件设计计算

直齿圆柱齿轮具有不产生轴向力的优点，单传动平稳性较差，在减速器中圆周速度不大的情况下采用直齿轮。

Ⅰ—Ⅱ轴高速传动啮合的两直齿轮（传动比4.26）

3.1 选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数

按图1所示传动方案，选用直齿圆柱齿轮齿轮传动。

（2）运输机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度（GB 10095--88）

（3）材料选择。由文献[1]表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS；大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS；二者材料硬度差为40HBS。

（4）选小齿轮齿数z1=20，大齿轮齿数z2=24×4.26=85.2，取z2=85。

3.2 按齿面接触强度设计

由设计计算公式进行试算，即

试中：d1t为小齿轮分度圆直径；

K为载荷系数；

T1为小齿轮传递的转矩；

d为齿宽系数；

u为齿数比；

ZE为弹性影响系数；

为接触疲劳强度。

（1）确定公式内的个计算数值。

试选载荷系数Kt=1.3。

小齿轮传递的T1=9.1103×104N·mm。

由文献[1]表10-7选取齿宽系数d=1.08。

由文献[1]表10-5查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MP。

由文献[1]图10-25d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限MPa。

由下式计算应力循环次数：

N1=60n1jLh=60×960×1×（2×8×300×15）=2.07×109

N2=

由文献[1]图10-23取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90；KHN2=0.97。

计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数S=1，则有：

MPa

（2）计算。

试算小齿轮分度圆直径d1t，，带入中较小的值。

计算圆周速度v。

m/s

计算齿宽b。

计算齿宽与齿高之比。

模数：

齒高：

h=2.25mt=2.25×2.89mm=6.50mm

计算载荷系数。

根据v=1.45 m/s，8级精度，由文献[1]图10-8查得动载系数Kv=1.08；

直齿轮，；

由文献[1]表10-2查得使用系数；

由文献[1]表10-4用插值法查得8级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，。

由，查文献[3]图10-13得；故载荷系数

按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由下式得：

计算模数m

mmm

3.3 按齿根弯曲强度设计

由下式得弯曲强度的设计公式为：

（1）确定公式内的各计算数值。

由文献[1]图10-24c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限。

由文献[1]图10-22取弯曲疲劳寿命系数，。

计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则有：

计算载荷系数K。

K=KAKVKFaKFb=1×1.08×1×1.37=1.5344查取齿形系数，由文献[3]表10-5查得；；

查取应力校正系数，由文献[1]表10-18查得；。

计算大、小齿轮的并加以比较。

大齿轮的数值大。

（2）设计计算。

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由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强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取有弯曲强度算得的模数2.20并就近圆整为标准值m=3 mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=61.563 mm，算出小齿轮齿数

大齿轮齿数z2=4.26×19=80.94，取z2=81。

这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

3.4 几何尺寸计算

（1）计算分度圆直径。

d1=mz1=3×19mm=57mm

d2=mz2=3×81mm=243mm

（2）计算中心距。

（3）计算齿轮宽度

取B2=60mm，B1=68mm。

4 结构设计及绘制齿轮零件图

以大齿轮为例，为在保证齿轮机械性能的前提下，减轻齿轮的重量，以达到节约材料提高传动效率的目的，该齿轮采用腹板式结构，齿轮结构如图2所示

Ⅱ—Ⅲ轴低速传动啮合的两直齿轮（传动比2.92）。