剃须刀锥形齿轮设计计算说明书

1、FS858电动剃须刀传动部分设计计算说明书 设计： 编制： 校对： 审核： 批准： 日期： 年 月 日目录一、设计要求1二、设计方案拟定及确定1三、电动机的选择2四、计算总传动比3五、传动齿轮参数设计计算3五、动力参数设计计算7六、设计要点说明7传动系统计算及其说明书一、设计要求设计目的：设计传递带夹角的扭矩的传动系统方案以及具体参数的计算。 设计要求：1、输入力矩与输出力矩成23°夹角。 2、正常剃须情况，可工作3-4年。 3、输出转矩Tt=35*10-3N.m转速nt2500rpm。二、传动方案选择2.1方案策划方案1、实现传递夹角扭矩可以通过锥齿轮实现。图2.1 锥齿轮啮合示意

2、图 锥齿轮传动特点：1、锥齿轮传递两相交轴之间的运动和动力，常见=90°。 2、轮齿分布在圆锥面上。3、设计、制造简单，传动稳定，噪声大。4、啮合齿轮轴心要相交在定点上，安装精度要求较高。方案2、圆柱锥齿轮传动，轴交错角23°。 图2.2 联动齿轮啮合原理图 圆柱锥齿轮传动特点：1、高速级齿轮为直齿轮，介动齿轮为直齿锥齿联动齿轮，低速级齿轮为变位圆柱直齿轮。 2、锥齿轮为无限个变位锥齿轮面集合而成。 3、变位啮合磨损较大。2.2方案比较分析方案1：1）采用锥齿轮传动，锥齿轮传动结构简单，设计、加工、制造容易；2）轮齿厚度属于标准齿轮，疲劳强度较高，耐磨损；3）安装精度要求很

3、高。方案2：1）采用圆柱锥齿轮传动，与此介动齿轮啮合的齿轮都属于直齿轮，加工过程较锥齿轮简单，成本较低；2）另外圆柱锥齿轮安装精度要求不是很高，降低零件的加工精度；3）变位齿轮有利于降低噪声。4）采用变位啮合，齿轮强度相对较弱，磨损加大，疲劳破坏相对集中。2.3方案选择 电动剃须刀齿轮具有负载小，转速高，润滑方便，且采用耐磨塑料的特性。因此，根据2.2方案分析和实际应用情况，在本设计中选择方案2较合理。三、电动机选择1、电动机类型：直流有刷微型电动机2、电动机参数初步估算：（1）传动装置的总效率：总=齿轮2×联轴器2=0.982×0.972=0.90图3.1 传动系统示意图

4、(2)电机所需的工作功率：P工作= Tt×nt/9550总5×10-3×2500/9550×0.9=1.75×10-3KW=1.75W3、确定电动机转速估算：剃须刀动刀工作转速：nt2500rpm。据设计资料推荐的传动比合理范围，取圆柱齿轮传动二级减速器传动比范围Ia=23。故电动机转速的可选范围为n0Ia×nt=（23）×25005000rpm根据估算电动机的转速和功率，以及负载情况选择万宝至直流电机，型号：FF180SH-3729。4、选择电动机的参数：空载转速n0=7500rpm；负载转速nr=6600rpm；输出功率

5、P=2W；T=16.6g.cm；Td=90.5 g.cm。四、计算总传动比总传动比：i总=n电动/nt6600/2500=2.64五、各齿轮参数的确定5.1 圆柱齿轮参数计算5.1.1高速级齿轮参数估算（公式5-1）根据空间以及装配结构，限制了小齿轮的尺寸。小齿轮齿顶圆要小于7mm。 da=d+2*ha=(z+2)m; 其中da为齿顶圆，ha为齿顶高，m为模数，z为齿数。图5.1 齿轮标准模数表齿轮模数m一般是通过强度校核或者结构确定，根据本设计轻载高速、以及采用耐磨塑料的特性；且塑料齿轮通过模具注塑成型，不受刀具加工限制，只考虑通过空间结构来选取合适的模数和齿数即可。模数m取0.1时，由公式

6、公式4-1，Z=68，明显不可取。模数m取0.8时，由公式公式4-1，Z=6，明显不可取。依次推断，当m=0.4时，Z=15最合理。高速级齿轮参数：m=0.4，Z1=15，=20°，b1=3.5。5.1.2低速级齿轮参数确定 因为本设计中传动系统属于二级减速传动系统。（公式5-2）传动比i总=n电机/n输出=Z3/Z1因此，Z3=i总×Z1=2.6×15=39 5.2介动齿轮参数确定 根据设计方案介动齿轮既要传递夹角扭矩，又与直齿轮啮合；随着离夹角愈近，实际中心距逐渐变小；齿形类似锥齿轮具有锥度，实际齿形是通过计算出大小端变位系数，用渐开线作图法确定大小端齿形面，

7、通过三维曲面放样而成。 介动齿轮为锥齿轮和圆柱直齿轮的双联齿轮。锥齿轮通过变位啮合改变扭矩的方向；圆柱直齿轮传递扭矩至低速级齿轮。 5.2.1 锥齿轮设计依据介动齿轮的圆锥齿轮齿数确定依据：1） 空间结构，即介动齿轮到传动齿轮的中心距来确定大概取值范围。2） 变位系数确定了锥齿轮的齿形。3） 设计、加工制造方便。5.2.2 锥齿轮齿数计算（单位mm） 5.2.2.1根据装配结构，估算锥齿轮齿数。高速级齿轮与介动齿轮安装示意图如图5.2所示。图5.2 高速齿轮与介动齿轮安装原理图其中a=7.85，b=8.386，n=7.745，=23°；高速级齿轮参数：m=0.4，Z1=15，=20&

8、#176;da1=6.8，df1=5，c=0.25；图中所示锥齿轮的齿形是通过变位系数生成的齿面，用3维绘图工具放样生成。设介动齿轮锥齿轮齿数为Z21，直齿齿数为Z22。图5.2中a、b、n为变位实际中心距。（公式5-3）由标准中心距a'=1/2*m（Z21+ Z1）, 代入a、b值。 当a'=a时，Z21=24.25；当a'=b时，Z21=26.93。锥齿轮齿顶圆da1=1/2*m（Z21+ 2）b-（1/2* df1+c）；代入以上数据：Z2127.5。5.2.2.2介动齿轮锥齿轮参数计算 1)介动齿轮齿数的确定变位齿轮的锥齿形是由当量齿轮的齿数和变位系数确定，本设

9、计中的锥齿轮轮齿是由无数个变位齿轮面叠加而构成。（公式5-4） 变位锥齿轮的当量齿数Zv=Z21/cos。 当Z取20到27的参数时，Zv依次为21.72、22.81、23.899、24.986、26.072、27.15、28.24、29.33。 通过比较，当Z=23时，当量齿数最接近整数。取此值既满足设计参数要求，又便于设计、加工等要求。 由此Z21=23，Zv=24.986，为方便作图设计取Zv=25。2） 介动齿轮锥齿轮变位系数计算由图4.2可知锥齿轮大端实际中心距b=8.386，小端实际中心距a=7.85。介动齿轮锥齿轮标准中心距a'=1/2*m（Zv+ Z1）=8。高速级齿轮

10、X1=0。小端锥齿轮的变位系数计算：（公式5-5）两齿轮啮合过程啮合角'=arccos（a'/ a）cos=16°44 （公式5-6）啮合总变位系数X= (zv+z1)×(inv'- inv)/2tan=（25+15）×（0.0085969-0.0149044）/2×0.36397=-0.346（公式5-7）再由X=X2小 +X1， X2小=-0.346同理，计算大端锥齿轮的变位系数：大端实际中心距b=8.386，代入公式4-3、4-4、4-5计算公式可得，X2大=1.125.2.3介动齿轮直齿轮参数设计1） 介动齿轮直齿轮齿轮确

11、定 介动齿轮直齿轮与低速级齿轮啮合如图5.3所示。 其中c=12.3，d=24。 低速级齿轮参数：m=0.4，Z3=39，=20°。 假设标准中心距a=1/2*m（Z22+ Z3）=c。则Z22=22.5。 又Z21=23，因为介动齿轮为锥齿轮和直齿轮的联动齿轮，方便加工制造，取Z22= Z21=Z2=23。图5.3 低速齿轮与介动齿轮安装模拟图 2） 介动齿轮直齿轮参数介动齿轮直齿轮与介动齿轮锥齿轮同轴，其相对与高速级圆柱直齿轮同样存在变位系数。为便于模具制造，直齿轮的齿顶圆要小于锥齿轮小端的齿顶圆。直齿轮末端相对于锥齿轮实际中心距n=7.745。代入公式4-3、4-4、4-5计算

12、公式可得，X2=-0.55。介动齿轮直齿轮的参数：m=0.4，Z2=23，=20°X2=-0.55，b=2。 5.2.4低速级齿轮参数计算 圆柱锥齿轮的圆柱直齿轮参数：m=0.4，z2=23，=20°,x2=-0.55。 圆柱锥齿轮圆柱直齿轮与低速级圆柱直齿轮中心距a'=c=12.3。 低速级圆柱直齿轮m=0.4，z3=39，=20°。 啮合齿轮标准中心距a=m（z2+z3）/2=12.4 啮合角'=arccos（a/ a'）cos X= (z2+z3)×(inv'- inv)/2tan 因此，低速级齿轮的变位系数为X3=

13、 X-X2=0.308。 低速级圆柱直齿轮参数：m=0.4，z3=39，=20°，X3=0.308，b=1.5。5.2.5各传动齿轮齿形设计 5.2.5.1高速级齿轮齿形设计 高速级齿轮属于标准圆柱直齿轮，因此按照一般渐开线齿轮设计即可。 5.2.5.2低速级齿轮齿形设计 低速级齿轮属于正变位圆柱直齿轮，变位齿轮分度圆、基圆、齿距与标准齿轮相同，齿厚、齿槽宽、齿顶高、齿根高与标准齿轮不同。（公式5-8） S=pi*m/2+2Xmtan，（公式5-9） e= pi*m/2-2Xmtan，（公式5-10） ha=（ha+X）*m，（公式5-11） hf=（ha+c-X）*m， 依据上述公

14、式，计算出齿顶圆、齿根圆直径：da3=d+2ha=16.6464，df3= d-2hf=14.8464。 根据上述数据，可依照渐开线齿轮设计进行设计。 5.2.5.3介动齿轮齿形设计 1）介动齿轮直齿轮齿形设计 本设计同5.2.5.2小结中直齿轮设计过程相同。计算得da22=d+2ha=10.36，df22= d-2hf=8.562）介动齿轮锥齿轮齿形设计锥齿轮齿形设计分两个步骤，即首先设计出锥齿轮的两个端面的齿形，然后用三维软件放样曲面，可得到平滑的三维锥齿。大小端端面齿形与上述计算齿形相同，不再赘述。大端锥齿轮变位系数X2大=1.12，大端实际中心距b=8.386，小端锥齿轮变位系数X2小

15、=-0.346，小端实际中心距a=7.85。由此可见，锥齿轮从大端到小端，变位系数与实际中心距的函数为递减函数，并经过X2=0，a=8的点。五、计算各齿轮的转速、功率1、计算各齿轮转速（r/min）i1=z2/z1=23/15=1.533i2=z3/z2=39/23=1.7n1=n电机=6600r/minn2=n1/i1=6600/1.533=4305r/minn3=n2/i2=4305/1.7=2532r/min2、 计算各齿轮传递的功率（W）P1=P工作=2WP2=P1×齿轮=2×0.98=1.96WP3=P2×齿轮=1.96×0.98=1.9208

16、WP动刀=P3×联轴器2=1.9208×0.972=1.867W3、 计算各齿轮轴扭矩（N·mm）T1=9.55×103P1/nI=9.55×106×2×10-3/6600=2.89N·mmT2=9.55×106P2/n2=9.55×106×1.96×10-3/4305=4.35N·mmT3=9.55×106P3/n3=9.55×106×1.867×10-3/2532=7.04N·mm六、传动零件的设计说明 6.1本

17、设计采用变位齿轮传递扭矩。变位齿轮具有以下特点： 1、正变位齿轮齿根变厚，齿顶变尖；负变位齿轮齿根变薄，齿顶变宽。 2、负变位齿轮重合度有所提高，磨损较快；正变位重合度略有降低，但是齿轮强度提高，磨损减轻。6.2本传动设计中主要是介动齿轮的设计，以传递夹角23°的扭矩本传动设计具有以下特点：1、 高速轻载。2、 齿轮材料采用耐磨POM。3、 齿轮通过模具注塑而来。4、 轴孔配合采用间隙配合，便于润滑。5、 中心距采用+0.05公差值，可加大顶隙。总之，对于一般的设计计算要核算齿轮的强度，本设计基于传动特点和实际应用环境不进行强度校核。 参数Tt=35*10-3N.mnt2500rpm=23°总=0.90P工作1.75Wnr=6600rpmP=2WT=16.6g.cmTd=90.5 g.cm。i总2.64，取i=2.6m=0.4Z1=15=20°b1=3.5Z3=39a=7.85b=8.386n=7.745=23&