河南质量工程职业学院机械基础课程设计

1、课程设计实训报告课程名称：机械基础设计题目：齿轮传动的设计系另U：机电工程系专业班级：机电一体化X班学生姓名：XXX一学号：XXXXXXXXXXXX指导老师：隋冬杰设计时间：2011-12河南质量工程职业学院河南质量工程职业学院机械基础课程设计任务书班级10机电三班学生姓名XX指导教师隋冬杰课程设计题目直齿圆柱齿轮传动的设计主要设计内容设计计算主动轮、从动轮结构及尺寸，绘制主动轮、从动轮并标注主要尺寸，计 算主、从动轮轴的最小直径，设计计算主动轮轴键联结。主要技术指标和设计要求设计指标用于减速器上的一级直齿圆柱齿轮的齿轮传动；传递功率P=10KW,主动小齿轮的转速n1=1200r/min，传动

2、比i=5；工作时有中等冲击，单向传动，两班制（16小时），使用10年；设计要求计算主动轮、从动轮的主要尺寸；校核齿轮的强度；绘制大、小齿轮的零件图并标注主要尺寸。主要参考资料及文献罗玉福，王少岩.机械设计基础（第三版）.大连:大连理工大学出版社,2009.石品德，潘周光,曹小荣.机械制图.北京:北京工业大学出版社,2007.目录 TOC o 1-5 h z 第1章设计任务和要求31.1设计指标错误！未定义书签。1.2设计要求错误！未定义书签。第2章选题的意义3第3章齿轮的设计计算33.1原始数据及设计要求3 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3

3、.2设计内容43.3齿轮传动参数的选择和设计步骤4第4章设计小结错误！未定义书签。参考文献17齿轮传动的设计第1章设计任务和要求1.1设计指标用于减速器上的一级直齿圆柱齿轮的齿轮传动；传递功率P=10KW，主动小齿轮的转速气=1200r/min，传动比i=5；工作时有中等冲击，单向传动，两班制，使用10年1.2设计要求计算主动轮、从动轮的主要尺寸；校核齿轮的强度；绘制大、小齿轮的零件图并标注主要尺寸。第2章选题的意义齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的 任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声， 高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿

4、轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可 以达到94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到99%），传递功率范围广（可以从仪 表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动），速度范围广（齿轮 的圆周速度可以从0.1m/s到200m/s或更高，转速可以从1r/min到20000r/min或更 高），结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表中被广泛使 用，本课题就是齿轮传动的一个典型应用。第3章齿轮的设计计算3.1原始数据及设计要求设计用于减速器上的一级直齿圆柱齿轮的齿轮传动，传递功率P=10KW，主动小 齿轮的转速n1=1200r/min，传动比i=5，工作时有中等冲

5、击，单向传动，两班制，使 用10年。3.2设计内容设计计算主动轮、从动轮结构及尺寸，绘制主动轮、从动轮并标注主要尺寸，计 算主、从动轮轴的最小直径。3.3齿轮传动参数的选择和设计步骤选择精度等级该机械时一般工程机械，速度不是太高，故用6级精度。选择材料与热处理及确定齿轮硬度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。钢钢材可分为锻钢和铸钢两类，只有尺寸较大(d400600)，结构形状复杂的齿 轮宜用铸钢外，一般都用锻钢制造齿轮。软齿面齿轮多经调质或正火处理后切齿，常用45、45Cr等。因齿面硬度不高， 易制造，成本低，故应用广，常用于对尺寸和重量无严格限制的场合。铸铁由于铸铁

6、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。常用材料有HT250、HT300等。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21。常用的热处理方法与化学方法包括表面淬火、渗碳淬火、调制、正火、渗碳。 表面淬火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。渗碳淬火因渗碳钢量0.150.25%的低碳钢和地毯合金钢如20、20等。吃面硬 度达5662HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，

7、齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的重 要传动。调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、35MnTi等调质处理后吃面硬 度为220260HBS.，因为硬度不高。故可以在热处理后经切齿型，且在使用中易于 饱和。表21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应用举例优质碳素钢35正火150180低速轻载的齿轮或中速中载的大齿轮451622175018022045调制217255合金钢35SiMn21726940Cr241286优质碳素钢35表面淬火18021040 45高速中 载、无剧烈冲 击的齿轮。4521725540 50合金钢40Cr2412864

8、2 5520Cr渗碳淬火56 62高速中 载、承受冲击 载荷的齿轮20CrMnTi56 6238CrMoAIA氮化850HV载荷平 稳、润滑良好 的齿轮铸钢ZG45正火163197重型机械中的低速齿轮ZG55179207球墨铸铁QT700-2225305可用来代替铸钢QT600-2229302灰铸铁HT250170241低速中 载、不受冲击 的齿轮。HT300187255正火能消除内应力、细化品粒、改善力学性能和切削性能。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。由于该齿轮工作在高速中等冲击载荷下，为了能达到要求并根据上述知识，采用 硬齿面，大、小齿轮均用45钢

9、、表面淬火处理，齿芯硬度：220260HBS,齿面硬度:4050HRC。确定设计公式及校核公式对一般工作情况下的齿轮传动，其设计准则是：保证足够的齿轮弯曲疲劳强度， 以免发生齿根折断；保证足够的齿面接触疲劳强度，以免发生齿面点蚀。对于高速重 载的齿轮传动，除以上两种设计准则外，还应按齿面抗胶合能力的准则进行设计。由 实践得知：闭式软齿面齿轮传动，以保证齿面接触疲劳强度为主；闭式硬齿面或开式 齿轮传动，以保证齿根弯曲疲劳强度为主。设计公式为：m严乂 .Y*式中：W育”F d=b/d1称为齿宽系数(b为大齿轮宽度)，由表67查取;Yfs称为齿形系数，。为弯曲许用应力。F齿轮传动的强度计算说明：弯曲

10、强度计算中，因大、小齿轮的。F、YFa、YSa值不同，故按此强度准则设 。计齿轮传动时，公式中应代y，Y*和Y Y 中的较小者。校核公式为：,2 KT u +1 I h -，e，h bd：，u H计算过程齿数z对于软齿面的闭式传动，在满足弯曲疲劳强度的条件下，宜采用较多齿数，一般 取z =2040.因为当中心距确定后，齿数多，则重合度大，可提高传动的平稳性。对 1于硬齿面的齿轮传动，首先应具有足够大的模数以保证齿根弯曲疲劳强度，为减小传 动尺寸，宜取较小齿数，但要避免发生根切，一般取z1=1720。根据设计要求取zi=18, z =iz =5 X 18=90。载荷系数K，按表2-2取K=1.5

11、表2-2载荷系数K载荷状态工作机器原动机：电动机、 内燃机、燃气轮机往复式发动机多缸单缸均匀轻微冲 击运输机、轻、中型的卷扬机、起重 机、发电机鼓风机11.251.5中、小冲击重型运输机、卷相机、起重机、混 泥土搅拌机、机床主传动1.251.51.75较大冲击碎矿机、特重型起重机、轧钢机、锻压机1.75322.25转矩 Ti=9.55X10eXPi/ni=9.55X 106X 10/1200 =79583.3N - mm弯曲疲劳许用应力按齿面硬度中间值查图2-1得，。Fl.310MPa,。fi.300MPa按一年工作300天计算，应力循环次数，N1=60njLh=60X1200X1X10X30

12、0X16=3.456X109N2= N/i=3 . 45 6X 109/5=6 . 9 1 2X 108由图2-2得弯曲疲劳寿命系数Y/86, Yn0.9-ME_MEMOML 一MQ 一 ML-100200 HB珠墨铸铁-黑色可锻怖铁灰铸铁a）铸铁材料的crpE正火处理的靖构铜正火处理的怖铜&）正火处理钢的.合金保调质一-碳匍调质、合金停倒调质，碳素待锯调质药调质处理橱的g图59寿命系数-nt按一般可靠性要求，取sf=i,则310 x 0.86La J= F lim1 =MP =266.6 MPFl S 1 a a300 x 0.9La = F llm2 = MP =270 MPF2 S1aa

13、F表23齿形系数z(z )17181920212223242526272829ya2.972.912.852.802.762.722.692.652.622.602.572.552.53ySa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.591.5951.601.611.62z(z )3035404550607080901001502008yFa2.522.452.402.352.322.282.242.222.202.182.142.122.06y Sa1.6251.651.671.681.701.731.751.771.781.791.831.8651.97查表23

14、得Yf2.91,Ys 1=1.53Yf 2=2.20,Ys 2=1.78 4以1和Ya L 2得 yy-Fa1 Sa1266.62.91x 1.53二59.88 YY-Fa2 Sa 22702.20 x1.78二68.95取其中的较小者。（5）计算齿轮的模数查表24按齿轮相对轴承对称布置取？0.6齿轮相对轴承的位 置齿面破度大轮甄两轮齿面玻度遂3对HE5两轮齿面硬度330hbS对称布置0. 81, 40. 45 9非对祢布置0. 61. 90. 35, 6悬臂布置0. 35 40. E, 3注：I,直齿轮宜取较小值，斜齿轮可取较大值，人字齿轮可达瓮上，金属切削机床的齿轮传动，可取小值，若传递功

15、率不太时，可小到。，富 3,非金属齿轮可聪2表24齿宽系数？ d.2 x1.5 x 79583.3I将以上数据代入下式，得t0.6 x182 x59.88=2.7372表25第列0. 10. 120. 150.20.251.251.522.531620253240第系列0. 35 . 70. 91.752. 25(6 5)79(11 )140.30.40.50.60.8145681012502.75(3.25)3. 5(3. 75 )4.55. 5182228(30)3645注：忧先选用第一系列，括号内的模数尽可能不用。对斜齿轮是指法面模数。由上表选取m=3mm确定主要参数齿数 z1=18,z

16、2=90。分度圆直径 djmzjax 18=54mmd2=mz2=3 X 90=270mm齿顶圆直径 ddi+2m=54+6=60mmd 2=d2+2m=270+6=276mm齿根圆直径 dfi=d2.5m=54-7.5=46.5mmdfd2-2.5m=270-7.5=262.5mm(5 )中心距 a=(di+d2)/2=(54+270)/2=162mm(6)齿宽 b=q dd1=0.6X54=32.4mm取 b =45mm,b =b +5=45+5=50mm 212校核接触疲劳强度对于渐开线标准直齿圆柱齿轮传动，其齿面接触疲劳强度的校核公式为:b =一巴.也兀H E H bd 2 u Hl

17、1式中：“土”分别用于外啮合、内啮合齿轮；ZE为齿轮材料弹性系数，见表26；Zh为节点区域系数，标准直齿轮正确安装时Z2.5；。-为两齿轮中较小的许用接 触应力。U为齿数比，即大齿轮齿数与小齿轮齿数之比。（1）接触疲劳强度许用应力SH按一般可靠性要求，取接触疲劳安全系数为SH=1,则H HmZ1 =1160 乂 0.9 MP =1044 MPSH1 aa。=H2H 阮 L2 =1150 x1.05 mp =1207.5 MPaa得 Z 189.8 (N / mm2大齿轮小肉抡材料钢铸钢球墨铸铁灰铸铁E (MPa)206000202000173000126000钢206000189. S188.

18、 91SI. 41砧，4铸钢其浏。188. 0ISO. 5161. 4球墨铸批173000173. 9136, 6灰铸姓1260001,)泊松比舟=舟1=0, 3注:表26齿轮材料弹性系数ZE叭 bd2,2 KT u +1.u=189.8 x 2.5:2x1.5x79583.3 5 +1:45 x 542.二二701.311Va JHl故强度合适。计算圆周速度y = d 160 x 1000= 1200 x 3.14 x 5460 x 1000=3.3912因为 V=3.39126m/s,故取6级精度合适。结构设计及齿轮零件图齿轮的结构形式主要与齿轮的尺寸大小、毛坯材料、加工工艺、使用要求及经

19、济 性等因素有关。进行齿轮结构设计时，通常是先按齿轮动的直径大小选定合适的结构 形式，再由经验公式确定有关尺寸，绘制零件工作图。常用的齿轮结构形式有一下几种：齿轮轴如果圆柱齿轮齿根圆到键槽底面的径向距离e 2mt(锥齿轮e500mm时，可采用轮辐式结构，这种结构的齿轮常采用 铸钢或铸铁制造，其各部分尺寸由经验公式确定。如图28图28镶套式齿轮大直径的齿轮，为节省材料，可采用镶套式齿圈。如图29扇广18 m; ZtSsO, 15 c/*:因为小齿轮的齿顶圆直径da=60mm200mm,大齿轮齿顶圆直径da=276mm,在200ItStMtnS为 4T; X = (l3)nu*500mm之间，所以小齿轮采用实体式结构，大齿轮采用腹板式结构。大、小齿轮的零件图如下图所示：第4章设计小结课程设计都需要刻苦耐劳，努力专研的精神。对于每一个事物都会有第一次的 吧，而没有一个第一次似乎都必须经历由感觉困难重重，挫折不断到一步一步克服， 可能需要连续几个小时、十几个小时不停的工作进行攻关；最后出成果的瞬间是喜 悦、是轻松、是松了口气！课程设计过程中出现的问题几乎都是过去所学