齿轮传动设计毕业论文.doc
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1、 毕业设计(论文)题目: 齿轮传动设计 姓名: 学号: 二级院系部: 机电工程系 班级: 机电092 专业: 机电一体化 指导教师: 职称: 二 一二 年 六 月 齿轮传动设计【摘要】齿轮是机器、仪器中使用最多的传动零件,尤其是渐开线圆柱齿轮的应用更为广泛。齿轮是一个较复杂的几何体,对单个齿轮的齿廓加工误差国家标准规定了17种控制参数,根据齿轮使用要求的不同,对以上17个参数控制的要求也不同。如何确定齿轮的精度等级以及依据其精度等级确定相关控制参数的公差值,是齿轮设计的关键所在。 传统的设计方法是依据经验用类比法,结合查表及大量繁杂的公式计算,这样的方法一是工作量大,二是不可能对各参数进行优化
2、及筛选,很难保证齿轮精度设计的合理性。因此,借用了辅助软件对齿轮的几何参数进行计算后,对齿轮精度的设计及其相关的数据进行计算机处理,使齿轮的精度设计达到快速、准确、合理,齿轮设计起来就没那么费时和吃力了。【关键词】材料选择;热处理;尺寸;强度计AbstractGEAR is the machine, the instrument use most of the transmission parts,especially the application of involute gear more widely. Gear is a more complicated geometry, to a
3、single gear tooth profile processing error national standard for 17 kinds of control parameters, according to the requirements of the use of different gear, these 17 parameter control requirements are different. How to determine the accuracy of gear on the basis of the precision grade level and ensu
4、re that the relevant control parameters of the tolerance values, is the key to gear design. The traditional design method is based on experience with analogy method, combining look-up table and a large number of multifarious formula calculation, this method is a big workload, 2 it is not possible to
5、 optimize the parameters and screening, it was difficult to ensure that the rationality of the design of the accuracy. Therefore, the assistant software to borrow gear geometry parameters are calculated, on the accuracy of the design and its related data computer processing, make the precision of th
6、e gear designed to achieve rapid, accurate and reasonable, gear design up not as wasteful and exhausting.Key wordsmaterial selection; Heat treatment; Size; Strength calculation 目 录摘 要I关键词IAbstractIIKey wordsII目 录III绪 论11齿轮的组成结构及传动计算21.1齿轮的组成结构21.1.1齿轮传动设计步骤21.2内啮合标准齿轮传动的几何尺寸计算42. 齿轮传动62.1齿轮传动的失效形式62
7、.1.1齿轮传动的失效形式62.1.2设计准则82.2齿轮常用材料及热处理82.2.1 材料钢82.2.2铸铁92.2.3非金属材料93. 齿轮传动精度及强度计算113.1精度等级113.1.1齿侧间隙113.2标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算123.2.1轮齿的受力分析123.2.2齿根弯曲疲劳强度计算133.2.3齿面接触疲劳强度计算144. 设计参数的选择及许用应力164.1主要参数的选择164.2许用应力165.齿轮传动的润滑与维护205.1齿轮传动的润滑205.2齿轮传动的维护20结 论.21致谢.22参考文献.23绪 论齿轮是机器、仪器中使用最多的传动零件,尤其是渐开线圆柱齿轮的应用
8、更为广泛。本设计重点是渐开线圆柱齿轮传动设计的计算。研究外啮合齿轮和内啮合齿轮传动的主要几何参数计算、齿轮齿厚计算、精度计算和强度计算,帮助实现齿轮的合理设计。通过设计过程,掌握材料选择,热处理分析,齿轮尺寸及强度计算方法。齿轮是一个较复杂的几何体,对单个齿轮的齿廓加工误差国家标准规定了17种控制参数,根据齿轮使用要求的不同,对以上17个参数控制的要求也不同。如何确定齿轮的精度等级以及依据其精度等级确定相关控制参数的公差值,是齿轮设计的关键所在。传统的设计方法是依据经验用类比法,结合查表及大量繁杂的公式计算,这样的方法一是工作量大,二是不可能对各参数进行优化及筛选,很难保证齿轮精度设计的合理性
9、。因此,借用了辅助软件对其进行计算后,对齿轮精度的设计及其相关的数据进行计算机处理,使齿轮的精度设计达到快速、准确、合理,齿轮设计起来就没那么费时和吃力了。1.齿轮的组成机构及传动计算 1.1 齿轮的组成结构齿轮的组成结构一般有轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆和分度圆。轮齿简称齿,是齿轮上每一个用于啮合的凸起部分,这些凸起部分一般呈辐射状排列,配对齿轮上的轮齿互相接触,可使齿轮持续啮合运转;基圆是形成渐开线的发生线作纯滚动的圆;分度圆,是在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。渐开线齿轮比较容易制造,且传动平稳,传递速度稳定,传动比准确,渐开线圆柱齿轮是机械传动量大而广的基础零部件,广泛
10、在汽车、拖拉机、机床、电力、冶金、矿山、工程、起重运输、船舶、机车、农机、轻工、建工、建材和军工等领域中应用。因此现代使用的齿轮中,渐开线齿轮占绝多数,而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较小。 1.1.1齿轮传动设计步骤:1、简化设计:根据齿轮传动的齿数、啮合角和模数等,确定中心距等主要参数。2、几何设计计算:设计和计算齿轮的基本参数,并进行几何尺寸计算。如:计算分度圆直径、齿高、齿顶高、齿根高、基圆直径等。3、齿厚测量尺寸计算:根据上步的计算结果和已知参数,计算齿轮的齿厚参数。如:固定弦齿厚、固定弦齿高等参数。4、精度计算:计算出齿轮的精度测量参数,如:各级精度等级、齿厚上/下偏差、侧隙公差、最小/大
11、极限侧隙等。5、强度校核:在基本参数确定后,进行精确的齿面接触强度和齿根弯曲强度校核。分别将计算出的接触/弯曲强度允许传递功率与已知功率相比较,如果都大于实际功率,则所设计的齿轮强度过关。6、如果校核不满足强度要求,可以返回2),修改参数,重新计算。课题研究的主要内容就是设计一个进行齿轮设计的计算软件,现在课题是几何尺寸计算,主要应集中在此,精度只是其中一部分。在设计渐开线圆柱齿轮时会计算出其齿数、齿形和齿高等。 渐开线圆柱齿轮几何参数和外啮合标准圆柱齿轮传动几何尺寸计算外啮合标准圆柱齿轮传动参数计算如表1.1。表1,1 外啮合标准圆柱齿轮传动参数名称符号直齿轮螺旋齿轮原始参数基准齿形齿形角=
12、20tgt=tg/cos齿顶高系数ha*=1hat*= ha*cos=cos径向间隙系数C*=0.25Ct*=C *cos=0.25cos齿根圆角半径系数*=0.38t*=*cos=0.38 cos模数m由强度计算或结构设计确定,一般传递动力的齿轮m=1mt=m/cos齿数Z设计时选定设计时选定分度圆螺旋角=0按推荐值或按中心距条件确定主要几何参数的计算(mm)中心距aa=m/2(Z1+Z2)=1/2(d1+d2)a=m/2cos(Z1+Z2)=1/2(d1+d2)一般希望a为标准数值或圆整的数值分度圆直径dd=mZd=mZ/cos名称符号直齿轮螺旋齿轮主要几何参数的计算(mm)齿顶高haha
13、= ha*m齿顶圆直径dada=d+2ha=(Z+2)mda=d+2ha=(Z/ cos+2)m齿根高hfhf=( ha*+C*)m=1.25m齿根圆直径dfdf=d-2ht=(Z-2.5)mdf=d-2ht=(Z/ cos-2.5)m齿高hh= ha+ hf基圆直径dbdb=dcosdb=dcost1.2内啮合标准齿轮传动的几何尺寸计算内啮合标准齿轮传动的参数计算如表1.2。表1.2 内啮合标准齿轮传动的参数项目名称符号原 始 参 数齿 数小轮Z1内齿轮Z2模数m基准齿形齿形角齿顶高系数ha*径向间隙系数c*齿根圆半径系数r*插齿刀齿数Z02齿顶圆直径da02齿顶高系数ha02*切 齿 方
14、法小轮及大轮均用滚刀切制齿宽小轮b1大轮b2工作齿宽bw主要几何参数的计算(mm)项目名称符号计算公式中心距aa=(Z2-Z1)m/2 分度圆直径小轮d1=mZ1大轮d2=mZ2插齿刀变位系数X02X02=da02/2m-(Z02+2ha02*)/2内齿轮与插齿刀啮合角invw02invw02=2(x2-x02)tg/(Z2-Z02)+inv内齿轮与插齿刀中心距aw02aw02=(Z2-Z02)mcos/2cosaw02中心距分离系数y02y02= aw02/m-(Z2-Z02)/2主要几何参数的计算(mm)项目名称符号计算公式齿高h1h1=0.5(da1-df1)h2h2=0.5(df2-d
15、a2)齿根高hfhf=h-ha=m(ha*+c*-x)齿顶圆直径da1da1=d1+2(ha*-y02)mda2da2=d2-2(ha*-k2)m齿根圆直径df1df1=d1-2(ha*+c*)mdf2df2= 2aw02 + da02齿厚测量尺寸的计算(mm)固定弦齿厚s(_)cs(_)c =0.5mcos2或s(_)c =s(_)c*m(s(_)c*可查表)固定弦齿高h(_)ch(_)c =0.5(da-d-s(_)ctg)或h(_)c =0.5(da-d)-h(_)*m(h(_)*可查表)分度圆弦齿厚s(_)s(_)=Zsin/cos*m ,式中=(/2Z+2xtg/z)*cos3分度圆
16、弦齿高h(_)ah(_)a =0.5da-(cos-sin2)/cos2*d2. 齿轮传动通过对减速器的设计,导入齿轮传动设计计算的重要性,提出齿轮传动的类型和基本要求、啮合特点、选型、材料及热处理方法,从齿轮传动的失效形式引出强度的设计准则和计算方法。2.1齿轮传动的失效形式和设计准则2.1.1齿轮传动的失效形式齿轮传动是靠齿与齿的啮合进行工作的,轮齿是齿轮直接参与工作的部分,所以齿轮的失效主要发生在轮齿上。主要的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等。1. 轮齿折断轮齿折断通常有两种情况:一种是由于多次重复的弯曲应力和应力集中造成的疲劳折断;另一种是由于突然产生严重
17、过载或冲击载荷作用引起的过载折断。尤其是脆性材料(铸铁、淬火钢等)制成的齿轮更容易发生轮齿折断。两种折断均起始于轮齿受拉应力的一侧,如图2-1所示。增大齿根过渡圆角半径、改善材料的力学性能、降低表面粗糙度以减小应力集中,以及对齿根处进行强化处理(如喷丸、滚挤压)等,均可提高轮齿的抗折断能力。2. 齿面点蚀轮齿工作时,齿面啮合处在交变接触应力的多次反复作用下,在靠近节线的齿面上会产生若干小裂纹。随着裂纹的扩展,将导致小块金属剥落,这种现象称为齿面点蚀,如图2-2所示。齿面点蚀的继续扩展会影响传动的平稳性,并产生振动和噪声,导致齿轮不能正常工作。点蚀是润滑良好的闭式齿轮传动常见的失效形式。开式齿轮
18、传动,由于齿面磨损较快,很少出现点蚀。提高齿面硬度和降低表面粗糙度值,均可提高齿面的抗点蚀能力。3. 齿面磨损轮齿啮合时,由于相对滑动,特别是外界硬质微粒进入啮合工作面之间时,会导致轮齿表面磨损。齿面逐渐磨损后,齿面将失去正确的齿形(图2-3),严重时导致轮齿过薄而折断,齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。为了减少磨损,重要的齿轮传动应采用闭式传动,并注意润滑。图2-1轮齿折断 图2-2齿面点蚀 图2-3齿面磨损4齿面胶合在高速重载的齿轮传动中,齿面间的压力大,温升高,润滑效果差,当瞬时温度过高时,将使两齿面局部熔融、金属相互粘连,当两齿面作相对运动时,粘住的地方被撕破,从而在齿面上沿着滑动
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