型钢堆垛机设计说明书（有全套CAD图纸）(5)

河北工程大学毕业设计

3.2.1 选择齿轮精度等级，材料，热处理方式及齿数

对与低速轻载荷的齿轮，主要失效方式是齿面磨损，需有一定的机械性能，可选用中碳钢或灰铸铁或球墨铸铁，这里为单件小批量生产，所以大小齿轮均为45号钢，其中小齿轮为调质处理，硬度为250HBS，大扇形齿轮为正火，硬度为210HBS。

根据传动比要求，这里的传动比要求为i12=9，开式齿轮齿面易磨损，欲让齿厚些，适当取大些模数，因此去少些齿数，初拟小齿轮数是Z1=22，则大齿轮数为Z2=198。选用精度等级为8级。

3.2.2齿轮的基本参数 3.2.2.1尺宽系数?d的选取

考虑为开式齿轮，且小齿轮为两支承不做对称分布，大小齿轮均为硬齿面时，齿宽系数?d应取表中偏下限值。由机械设计中表10-7，选定?d?0.8。

3.2.2.2 齿形系数YFa及应力校正系数Ysa的选取

由机械设计表10-5中可查出齿形系数YFa及应力校正系数Ysa，取：YFa1?2.72 ，

YSa1?1.57。

3.2.2.3 弯曲疲劳寿命系数的选取

由机械设计中图10-18中可查出弯曲疲劳寿命系数，由应力循环次数N很小，所以

取 KFN1?1.3。

3.2.2.4 弯曲疲劳强度极限的选取

由机械设计中图10-20（c）中按齿面硬度查得小齿轮弯曲疲劳强度极限。

?Flim1?680MPa。

3.2.2.5 计算许用应力

取安全系数为S?1.4，由计算公式计算得：

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??F?1?KFN1?Flim1S?1.3?680?631.4MPa 1.43.2.2.6确定载荷系数K

计算载荷系数K的公式：K?KA?KV?K??K?

由机械设计表10?2得使用系数KA?1.5, 由机械设计图10?8得动载系数KV?0.8, 由机械设计表10?3得齿间载荷分配系数K??1.1,

由机械设计表10?4，并结合小齿轮的齿宽系数?d和齿宽b得齿向载荷分布系数

K??1.281。

综合各系数的值得出K?KA?KV?K??K??1.5?0.8?1.1?1.281?1.69

3.2.2.7 计算齿轮的模数

T1?T/2?5849.8N/M

m?32KT1YFaYSa? 2????dZ1F(3-11)

式中：T1的单位式mm，??F?的单位为N 代入数据得 m?7.01mm。

根据机械原理表10-1圆柱齿轮标准模数系列表（GB/T1357—1987）中模数系列，我们选用m=8mm。

3.2.3小齿轮的基本尺寸计算

分度圆直径：d1?Z1m?22?8?176mm

基圆直径：db1?d1?cos??176?cos20??165.4mm 齿全高：h1?h2??2ha??c??m??2?1?0.25??8?18mm

(3-12) (3-13) (3-14)

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齿厚：s??m2???82?12.6mm (3-15)

这里的齿轮是标准齿轮，所以m，?，h?，c?均为标准值，其值为m?8，??20?，

h??1，c??0.25。

3.2.4 轮齿所受的圆周力Ft，径向力Fr，法向载荷Fn的计算

由轴的安装结构可知，小齿轮所承受的扭矩是两个翻转台的扭矩，所以

T1?11700.6725?/5849.N8

则：

Ft?2T12?5849.8??66475N d1132?10?3Fr?Ft?tan??66475?tan20??21272N

Fn?Ft66475??70793N ?cos?cos20式中：

T1——小齿轮传递的转矩，N?m

d1——小齿轮的节圆直径，对标准齿轮即为分度圆直径，mm

?——啮合角，对标准齿轮，??20?

3.2.5 齿根弯曲疲劳强度校核

分析：轮齿在受载时，齿根所受的弯矩最大，因此，齿根处的弯曲疲劳强度最弱。当齿轮在齿顶处啮合时，处于双对齿啮合区，此时弯矩的力臂虽然最大，但力并不是最大，因此弯矩并不是最大。根据分析，齿根所受的最大弯矩发生在轮齿啮合点位于单对齿啮合区最高点时。因此，齿根弯曲强度也应该按载荷作用于单对齿啮合区最高点来计算。以下便是对齿轮齿根的抗弯曲疲劳强度的校核过程。

由式（10－4）?F?K?Ft?YFa?YSa?[?F]对小齿轮校核。

b?m根据已知条件齿数z?22，

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查表10?5得：YFa?2.72，YSa?1.57 代入数据得：?F?1.69?66475?2.72?1.57?399.8MPa

200?6由前面的数据可知：[?F]?631.4MPa。 即：?F?[?F]

则小齿轮的设计满足设计要求。

3.3 扇形齿轮的设计

扇形齿轮的设计准则同小齿轮的设计，都为开式齿轮传动。所以也是按齿根弯曲疲劳强度进行计算，按齿面接触疲劳强度进行校核。

3.3.1扇形齿轮的形状设计

由液压缸的设计，我们可知扇形齿轮只用转动11个齿，我们取扇形齿轮的齿数为33个齿，分布角度为60?。

3.3.2 扇形齿轮的基本数据 3.3.2.1尺宽系数?d的选取

考虑为开式齿轮，且小齿轮为两支承做对称分布，大小齿轮均为硬齿面时，齿宽系数

?d应取表中偏下限值。由机械设计中表10-7，选定?d?1.0。

3.3.2.2 齿形系数YFa及应力校正系数YSa的选取

由机械设计表10-5中可查出齿形系数YFa及应力校正系数YSa，最后取YFa2?2.12 ，

YSa2?1.865。

3.3.2.3 弯曲疲劳寿命系数的选取

由机械设计中图10-18中可查出弯曲疲劳寿命系数，由应力循环次数N很小，所以取

KFN2?1.3。

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3.3.2.4 弯曲疲劳强度极限的选取

由机械设计中图10-20（c）中按齿面硬度查得扇形齿轮弯曲疲劳强度极限， 。 ?Flim2?675MPa3.3.2.5 计算许用应力

取安全系数为S?1.4，由计算公式计算得：

??F?2?KFN2?Flim2S?1.3?675?628MPa 1.43.3.2.6确定载荷系数K

由载荷系数K的计算公式：K?KA?KV?K??K? 由机械设计表10?2得使用系数KA?1.5, 由机械设计图10?8得动载系数KV?0.8, 由机械设计表10?3得齿间载荷分配系数K??1.1,

由机械设计表10?4，并结合小齿轮的齿宽系数?d和齿宽b得齿向载荷分布系数

K??1.346。

(3-16)

综合各系数的值得出：

K?KA?KV?K??K??1.5?0.8?1.1?1.346?1.78

3.3.3 扇形齿轮的模数

扇形齿轮和小齿轮啮合，所以扇形齿轮和小齿轮的模数是一样的，取m=8mm。

3.3.4扇形齿轮的基本尺寸计算

分度圆：d2?Z2m?198?8?1584mm

基圆直径：db2?d2?cos20??1584?cos20??1487mm 齿全高：h1?h2??2ha??c??m??2?1?0.25??8?18mm

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(3-17) (3-18) (3-19)

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