齿轮和轴的计算过程

1、.倒档器锥齿轮计算因为转向器没有设置传动比我选用两个材料和尺寸大小一样的锥齿轮1）选择齿轮材料 ，确定许用应力由机械设计书表6.2 选两齿轮材料为 ： 小齿轮 40Cr调质HBS1=260 HBS大齿轮 45正火HBS2=210 HBS许用接触应力H由H=H lim Z NSH min接触疲劳极限H lim 查机械设计图 6-4H l i m 1 700N/ 2接触强度寿命系数 ZN应力循环次数 NH l i m 2=550N/ N=60njL h = 6080001(10 300 4)N=5.76109查图机械设计6-5 （如没有特殊说明图表都来源于机械设计书）得 ZNZN =1接触最小安全

2、系数 SH limSH l i m=1H 1=7001/1H 1=700N/mm2H 2550 1/1H 2=550N/ mm2许用弯曲应力F由式FF lim YN YXSF min弯曲疲劳极限F lim查图 6-7F lim1 =540N/mm2 ,F lim 2420N / mm2弯曲强度寿命 YN查图 6-8YN1YN2 =1.下载可编辑 .弯曲强度尺寸系数 YX 查图 6-9 （设模数 m 小于 5）YX =1弯曲强度最小安全系数 SF minSF m i n=1.4则F 1=540 11/1.4F1=450 N/mm 2F 2=42011/1.4F 2 =300N/mm 22）齿面解

3、除疲劳强度设计计算确定齿轮传动精度等级 ，估取圆周速度t7m / s ，参考表 6-7、 6-8 选取公差等级组 7 级3u2锥齿轮分度圆直径 dd(1dm)2KT11(ZEZH )2u 21dmuH齿宽系数dm 查表 6.14dm =0.3小齿轮齿数 z1 =13z1 =13那么大齿轮齿数 z2 z1i1 =18.2 圆整z218齿数传动比 u=1.385u=1.385传动比误差为u / uu / u(1. 41. 385) /1. 40. 0107倒档器输入轴扭矩 T1T1 9 55 0P1/n1=10050N mT1 =10050Nmm载荷系数 K= K AKV KK A 使用系数查表

4、6.3K A =1.1KV 动载系数由推荐值 1.05-1.4KV =1.2K 齿向载荷分布系数由推荐值 1.0-1.2K=1.1载荷系 数KKKAKVK1.1 1.21.1K=1.452材料弹性系数ZE查 6.4ZE =189.8N / mm2.下载可编辑 .节点区域系数ZH查图 6-3ZH =2.5计算得d144.74mmd144.74mm齿轮模数 mm=d1/z1=3.44圆整m=3.5小齿轮大端分度圆直径d1=mz1=3.513d1=45.5mm大齿轮大端分度圆直径d2=mz2=3.518d2=63mm齿轮平均分度圆直径 d m = d /(1dm)u21d m1 =45.5/(1+0

5、.3)d m1 = 38.7mm1.38521d m 2 =63/(1+0.3)d m 2 =53.59mm1.38521圆周速度 m13.14 dm1n / 60000m116.2m/sm 23.14 dm2 n2 / 60000m218.84m/s齿宽 b b1=dm d m1 =11.61mm圆整b1=12mmb2=dm d m2 =16.007mm圆整b2=16mm3)齿根弯曲疲劳强度校核计算由式 F2KT1 (1dm) 2YFa YSaFbdmu21当量齿数 zvzv1u21zv1 =16.04z1 / cos3016.04uz 2z 1u2 = 30.75z 2 30.75.下载可

6、编辑 .齿形系 数 YFa应力修正系 数 YSa 查表 6.5YFa 1 =3.21 ， YFa 22.91YSa1=1.46，YSa2 =1.53计算弯曲疲劳强度F1197.17<H所以齿根弯曲强度满足4）齿轮其他主要尺寸计算分度锥角 cos 1 =u=1.385= 0.81071 = 35.83u21.385211锥距R2 d12/2 55.1R=55.1mm齿顶高hah a m3mm齿根高hf(hac)3. 6mmm齿顶圆直径dad2c o s82. 24hamm齿根圆直径d fd2hfc o s7 2.mm9齿顶角齿根角aa r c t a n (/) 3.haRfarctan(

7、hf/ R)3.74）结构设计及绘制齿轮零件图花键连接强度计算.下载可编辑 .花键轴的内径为20mm, 轴与发动机轴用凸缘联轴器连接；选取花键规格NdDB 为 620245；因为花键是连接发动机输出轴和转向器轴，因此，他们是动连接 。动连接强度计算条件为 ：2TPPzhld m式中，T 为工作转矩 ， T=6180N.mm ；为各齿间载荷分配不均匀系数，一般取 =0.7-0.8 ，我们取 0.8:； z 为花键齿数 ，取度，对矩形花键 h=0.5 （ D-d ）-2c, 其中 d 和 D顶的倒圆半径 。 计算 h=3 ；d=0.5(D+d) , 计算得P 许 用 挤 压 应 力 ， N/mm,

8、 查z=6 ； h m 为花键齿面的工作高为花键轴的内径和外径 ，c 为齿22mm ；l 为工作长度 40mm ；看机械设计书表3.4为10-20:p=26180=2.93 P ；63400.822发动机和转向器连接的联轴器选型（ 1）转向器输入轴的设计与校核输入功率 P14.851kw转速 n17500r / min齿宽 B=31mm模数 m=3压力角201）计算作用在轴上的力.下载可编辑 .转矩 T1=6180 N mm齿轮分度圆直径d=78mm圆周力 Ft2T1 / d126180 / 78 206N径向力 FrFttan 20/ cos 45 106N轴向力 FaFr106N2）初步估

9、算轴的直径选用 45 号钢作为轴的材料 ，调质处理轴材料：45 号钢由式 82dA3 P计算轴的最小直径并加大以考虑键槽的影响n3查表 8.6取 A110则dm i n 110 3 4. 8 5 1dm i n=26mm75003）轴的结构设计（ 1）确定轴的结构方案轴承靠轴肩定位 ，左端轴承靠套筒与端盖定位。两轴承之间靠套筒定位，因为是齿轮轴 ，无须定位齿轮 ，轴承选用角接触球轴承（2）确定轴各段直径和长度段根据dmin圆整，选择连轴器 YL4 型，连轴器毂孔长 62mm ，该1段应比连轴器短14mm取 d1=28mml1 =60mm段为使连轴器定位 ，轴肩高度h c (2 3)mm ，孔倒

10、角 C 取23mm, d2d12h 且符合标准密封内径 ，取端盖宽度 15mm ，转向器齿轮轴两轴承接在同一个轴肩上，中间用套筒固定 ，轴承选用角接触球轴承型号为7001AC dDB a3562 14 18.5 l215 2B 77l 2 =120mmd2.下载可编辑 .=35mm段为了卡住轴承 d= d2+2h轴肩 h 取 5mm d3 =45mm l3310mm4 段本身这跟齿轮轴就是齿轮与轴连在一起，这段是齿轮宽l 4 =42mm4）轴的强度校核齿轮采用的是直齿 ，因此轴主要承受扭矩 ，其工作能力按扭转强度条件计算。扭转强度条件为 ：TT9. 55 160PT N / mm2WT0. 2

11、d3 nd A3 P mm n式中， T 轴的扭转切应力 ， N / mm2 ；T 轴所受的扭矩 ， N mm ；WT轴的抗扭截面模量 ， mm3 ；n 轴的转速 ， r / min ；P 轴所传递的功率 ，Kw;T 轴的许用扭转切应力 ， N / mm2 ，见表 8.6；A 取决于轴材料的许用扭转切应力T的系数，其值可查表8.6.TT9.55 106P9.55 10630WT0.2d 3 n0.2 283 7500T8.7N / mm2T 40N / mm25）精确校核轴的疲劳强度.下载可编辑 .（ 1）选择危险截面在第一段轴与第二段轴之间有应力集中源，第一段轴上有键，其应力较大，应力集中严

12、重 ，选其接近第二段轴处截面为危险截面。（2）计算危险截面上工作应力轴主要承受扭矩 ，其扭矩 T 6180N mm其抗弯截面系数：Wd 3bt (dt) 2283384.3(284.3)2=1030mm 332d3228抗扭截面系数：WTd 3bt (dt )2283164.3(284.3)2=2928.08mm3 .16d1628截面上的扭剪应力 ：T /WT6180 / 2928.08 =2.11 N / mm2扭切应力 ： am/ 2 =1.055 N / mm2（3）确定轴材料机械性能查表 8.2，弯曲疲劳极限1275mm2 ，剪切疲劳极限1155 N / mm2碳钢材料特性系数 ：0

13、.1，0.5（ 4）确定综合影响系数 K , K轴肩圆角处有效应力集中系数k ， k ，根据 r / d1.6/ 28 0.057，由表 8.9 插值计算得k 1.86 ， k1.30配合处综合影响系数K， K，根据 d ， b ，配合 H 7 / r 6 ，由表 8.11插值计算得 K3.4, K0.40.6K2.44.下载可编辑 .键槽处有效应力集中系数k ， k ，根据b ，由表 8.10插值计算得k 1.80 ， k1.61尺寸系数，根据 d ，由表 8-12 查得，0.81 ，0.75 。表面状况系数，根据b ，表面加工方法查图8-2 得0. 84轴肩处的综合影响系数 K，K 为：K

14、k1.802. 730. 810. 84Kk2. 443. 870.750. 84键槽处综合影响系数K， K 为：k1.80K0.812.640.84k1.61K0.752.560.84同一截面上有两个以上应力集中源，取其中较大的综合影响系数来计算安全系数，故按配合处系数 K， K。（5）计算安全系数由表 8.13 取许用安全系数S1.6由式 8-6SkSk127580.13.4=am10.1011553.772.4416.5 0.05am16.5S S5.2ScaS2S2.下载可编辑 .6）轴的弯矩图和扭矩图（1）求轴承反力H 水平面RH1103N ， RH 2103NV 垂直面RV160N

15、 , RV2166N(2)求第一个轴承处弯矩H 水平面M H10918 N mmV 垂直面M V 16360 Nmm , M V 29960 Nmm合成弯矩 MM 11 4 0 8 0N m m，M 217680 mm扭矩 TT6180N mmM弯扭合成当量弯矩Mca1M 12(aT) 214560N mmca 2M 22(aT )218064.7N mm弯矩图，扭矩图如下 ：.下载可编辑 .7）轴上键的设计及校核静联接，按挤压强度条件计算 ，其计算式为 ：P4TdhlP式中， T转矩， N mm ；d 轴径 ，mm;.下载可编辑 .h 键的高度 ， mm;l 键 的工作 长度 ， mm,A

16、型键 lLb； B 型键 lL ； C 型键l L b / 2 ，其中 L 为键的长度 ， b 为键的宽度 ；P 许用挤压应力 ， N / mm2 ，见表 3.2；根据轴径 ，选用 C 型键，b=15mm,h=10mm,L=18-90mm,取 L=38mml L b/ 23815 /=302.54T46180Pdhl28102.3238按轻微冲击算P 100 120 N / mm2所以此键符合强度要求（ 2）输出轴的设计与校核输出转速 n27500 r / min ，转矩 T25930N mm1）计算作用在轴上的力转 矩 T25930 N mm， 总 传 动 效 率 取0.97 ， 则 输 出 功 率P2300.972）初步估算轴的直径选用 40Cr 作为轴的材料 ，由式 82dA3P计算轴的最小直径并加大以考虑键槽的影响n3查表 8.6取 A 100d A 3P100 329.1n583）轴的结构设计.下载可编辑 .（1）确定轴的结构方案行星轮上有一与行星轮固联的圆盘，该圆