机械基础课程设计

1、设计目录第 1 章齿轮传动的前景. 4第 2 章 齿轮的设计与计算 .4 2.1 设计内容 42.2 设计要求 52.3 齿轮传动参数的选择和设计步骤 .5设计小结14参考文献15第 1 章 齿轮传动的前景齿轮传动，它可以用来传递空间任意两轴之间的运动和动力， 是最重要的传动之一。其应用范围十分广泛，形式多样，传递功率从很小到很大（可高达数千瓦），圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KM，齿轮直径可以从不到1mm到 150mm以上，是现代机械中应用极为广泛的一种机械传动。此次设计的是减速器上的一级直齿圆柱齿轮传动， 通过这次对齿轮传动的设计，能使我们对齿轮传动的特点有进一步的了解，

2、从而掌握常用机械零部件、 机械传动装置或简单机械的设计方法与步骤。 并对减速器的工作原理有了一定的了解。第 2 章 齿轮的设计与计算2.1 设计内容设计用于减速器上的一级直齿圆柱齿轮的齿轮传动， 由电动机驱动， 用于带式输送，载荷比较平稳。传递功率 P=10KW，小齿轮的转速 n1=250r/min ，大齿轮转速 n2=60r/min ，单向传动；2.2 设计要求设计计算主动轮、从动轮结构及尺寸，计算主、从动轮轴的最小直径。2.3齿轮传动参数的选择和设计步骤2.3.1材料的精度等级该机械时一般工程机械，速度较低，故选用6 级精度。2.3.2 材料的选择选择齿轮此案料应使齿轮表面有足够的硬度和良

3、好的耐磨性，以提高其耐磨损、点蚀和抗胶合的能力； 齿心要有足够的强度和韧性，以确保齿轮有足够的抗弯曲强度和抗冲击能力，防止齿轮折断；适当选择配对齿轮的材料、硬度，可提高其抗搅合的能力。 因此，齿轮材料还要求有良好的加工工艺性、热处理性和经济性。常用的制造齿轮的材料主要时各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料。(1) 钢钢材可分为锻钢和铸钢两类，锻钢具有高强度、韧性好、便于制造、便与热处理等优点， 大多数齿轮都用锻钢制造。 根据齿面硬度的高低， 钢制齿轮分为软齿面齿轮和硬齿面齿轮。1）软齿面齿轮。齿面硬度低于 350HBS，这类齿轮常用材料为中碳钢或中碳合金钢，如 45 钢、45Cr、35Si

4、Mn等。因齿面硬度不高经调质或正火后在进行切削精加工。由于小齿轮工作较繁重，小齿轮硬度要比大齿轮齿面硬度高出2050HBS。这类齿轮制造工艺简单、经济，多用于强度、速度和精度等要求不高的一般机械中。2）硬齿面齿轮。齿面硬度高于 350HBS，这类齿轮常用低碳合金钢， 如 20Cr，20CrMnTi 等渗碳淬火，或中碳钢、中碳合金钢，如45 钢、45Cr 等经整体淬火或表面淬火。齿面硬度通常为4065HRC。因齿面硬度高，其最终热处理在精加工后再进行。为了消除热处理引起的轮齿变形，还长进行磨齿。这类齿轮精度高、制造工艺复杂，多用于高速、重载、精度要求高的场合。对于结构形状复杂不易锻造或尺寸较大（

5、 d 400600mm）的齿轮，可采用铸钢，常用牌号如 ZG310-570，ZG340-640 等。因铸钢收缩率大、内应力大，应进行退火或正火处理以消除内应力、改善切削性能。(2) 铸铁由于铸铁的抗弯和耐冲击性能都比较差，因此主要用于制造低速、 不重要的形式传动、功率不大的齿轮。 常用的铸铁有灰铸铁和球墨铸铁。灰铸铁抗弯曲强度和抗冲击能力都比较差，但铸造性好、易加工、抗胶合和抗点蚀的能力较强，且价格低廉，主要用于开式、轻载低速、无冲击及尺寸较大的传动中。常用的铸铁有 HT200和 HT300等。低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。(3)

6、非金属材料对于高速、重载而又要求低噪音的齿轮传动，也可采用非金属材料。 加夹布胶木、尼龙等。常用的齿轮材料，热处理方法、硬度、应用举例见表 1。表 1 常用的齿轮材料、热处理硬度和应用举例材料牌号热处理方法硬度应用举例齿芯 HBS或齿面 HRC优质碳素钢35正火150 180低速轻载的齿45162217轮或中速中载50180220的大齿轮45调制217 255合金钢35SiMn21726940Cr241286优质碳素钢35表面淬火1802104045高速中载、 无剧452172554050烈冲击的齿轮。合金钢40Cr241286425520Cr渗碳淬火5662高速中载、 承受20CrMnTi5

7、662冲击载荷的齿轮38CrMoAIA氮化850HV载荷平稳、 润滑良好的齿轮铸钢ZG45正火163 197重型机械中的ZG55179 207低速齿轮球墨铸铁QT700-2225 305可用来代替铸QT600-2229 302钢灰铸铁HT250170 241低速中载、 不受HT300187 255冲击的齿轮。热处理通常可分为普通热处理、表面热处理和其他热处理方法。普通热处理有退火、正火、淬火、回火。表面热处理有表面淬火（感应加热、火焰加热）、化学热处理有渗碳、 渗氮等，其他热处理有真空热处理、 变形热处理和激光热处理等。正火是将钢材加热到 Ac3 或 Accm点以上 30 500C，保持一段时

8、间后在静止的空气中冷却的热处理工艺。 正火能消除内应力、 细化晶粒、 改善力学性能和切削性能，减少工件在淬火时的变形与开裂现象， 所以正火常作为重要工件的预备热处理。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可用铸钢正火处理。表面淬火是指对工件表面进行淬火的工艺，是一种不改变钢的表层化学成分，只改变表层组织与性能的局部热处理方法。一般用于中碳钢和中碳合金钢如45、40Cr 等，表面淬火后轮齿变形小，可不磨齿硬度可达5256HRC面硬芯软，能承受一定冲击载荷。渗碳是为了提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳浓度梯度， 将工件在渗碳介质中加热并保温， 使碳原子渗入其表层的化学热处

9、理工艺。 其目的是为了使增碳的表层经淬火和低温回火后， 获得高硬度、 耐磨性和疲劳强度。 常见的有渗碳钢量为 0.15 0.25%的低碳钢和低碳合金钢。 齿面硬度达 56 62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重要传动。参考表 1，选定材料为 ：表 1常用的齿轮材料、热处理硬度和应用举例材料牌号热处理方法硬度齿芯 HBS或齿面 HRC优质碳素钢35正火150 180451622175018022045调制217 255合金钢35SiMn21726940Cr241286优质碳素钢35表面淬火1802104045452172554050合金钢40Cr241286425

10、520Cr渗碳淬火566220CrMnTi566238CrMoAIA氮化850HV铸钢ZG45正火163 197ZG55179207球墨铸铁QT700-2225305QT600-2229302灰铸铁HT250170241HT300187255应用举例低速轻载的齿轮或中速中载的大齿轮高速中载、 无剧烈冲击的齿轮。高速中载、 承受冲击载荷的齿轮载荷平稳、 润滑良好的齿轮重型机械中的低速齿轮可用来代替铸钢低速中载、 不受冲击的齿轮。小齿轮： 45 钢，调质处理，齿面硬度HB1=190220；大齿轮： 45 钢，正火处理，齿面硬度HB2=160190；2.3.3计算过程（ 1）计算许用接触应力1）根据

11、齿轮硬度中间值（HB1=205，HB2=175），从图 6-13 中查取齿面接触的疲劳极限为lim 1550MPa ,lim 2520MPa2）从表 2 中查得接触强度的最小安全系数S min1表 2最小安全系数 SHmin 和 SFmin齿轮传动装置的重要性SHminSFmin一般11齿轮破坏会引起严重后果1.251.53）两齿轮的许用接触应力为lim 1550a1a 550SH min1lim 2520a2a 520SH min1（ 2）按齿面接触疲劳强度计算齿轮的主要尺寸1）小齿轮上作用的转矩为2）1 9549P10m9549382n12503）计算齿数比为4）1n12504.172 n

12、2 603）选定载荷系数。因原动机为电动机，工作机为带式输送机，载荷比较平稳，齿轮在两轴承之间对称布置。从表 3 中查得载荷系数为K=1.2。表 3v载荷系数 K原动机工作情况工作机械的载荷特性平稳或比较平稳中等冲击严重冲击工作平稳（电动机）1.0 1.21.2 1.61.61.8轻度冲击（多缸内燃机）1.2 1.61.6 1.81.92.1中等冲击（单缸内燃机）1.6 1.81.8 2.02.22.44）选择齿宽系数。因齿轮为软齿面及齿轮在两轴承之间对称布置，从表 4 中查取齿宽系数 d 1 。表 4齿宽系数 dd1齿相对轴承位置齿面硬度350HBS350HBS对称布置0.8 1.40.4

13、0.9非对称布置0.6 1.20.3 0.6悬臂布置0.3 0.40.2 0.255）选择材料弹性系数。根据两齿轮均为优质碳素钢，从表 5 中查得 ZE=189.8 。表 5齿轮材料弹性系数mm2大齿轮材料小钢铸钢铸铁球墨铸铁齿轮材料钢189.9188.9165.4181.4铸钢188.9188.0161.4180.56）计算小齿轮的分度圆直径为22d1 2.32311E2.323 1.23820004.171 189.998.1mmdH 214.175207）计算两轮中心距为a1d2）d198.24.17） 253.6mm（ d1（1）（12228) 确定模数及齿数，即m0.015 253.

14、63.8将模数圆整取标准值m=4；小齿轮齿数为z1d1 m98.1 424.5取 z1=25；大齿轮齿数为214.1725104.3取 z2=104。9）确定两轮几何尺寸。两齿轮分度圆直径d1mz1425100mm， d 2mz24 104416mm中心距1( d11416） 258mmad2） （10022小齿轮宽度B1dd21 100100mm， B 2B151005105mm（ 3）校核齿轮的弯曲强度。1）确定两齿轮的许用弯曲应力。根据两齿轮的硬度中间值，从图 6-15 中查得其弯曲疲劳极限为Flim 1200MPa，Flim 2190MPa从表 2 中查得齿根弯曲强度的最小安全系数SF

15、min 1，从表 6 中查得两齿轮的相对应力集中系数 Ysr 1 0.87 ， Ysr 2 0.98 。表 6标准齿轮的相对应力集中系数sr齿轮齿数材料14172022253040506080100150调质0.810.830.580.860.880.900.920.940.950.960.981钢渗碳0.840.860.880.890.900.910.930.950.960.970.991钢铸件0.880.900.910.920.930.940.950.960.970.980.991可求得两齿轮的齿根许用弯曲应力为Flim1200,Flim2190F1230MPaF2SFmin Ysr 21

16、94MPaSFmin Ysr11 0.871 0.872）计算两轮齿根的弯曲应力。从表 7 查得两轮的齿形系数为YFa1 2.62 ， YSa11.59 ， YFa22.18 ， YSa2 1.79表 7 齿形系数 YFa 及应力校正系数 YSaz( zv )171819202122232425262728292.972.92.82.82.72.72.692.62.62.602.52.552.5YFa1506252731.521.51.51.51.51.51.571.51.51.591.61.611.6YSa534567589502z( zv )3035404550607080901001502002.522