微型开沟机的设计(4)

图8 挡土板结构图

Fig.8 The structure of earth-blocked plate

7 关键零部件校核计算 7.1 齿轮传动设计与校核

选择最后一级传动的齿轮进行设计计算

7.1.1 齿轮相关参数的选择

选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1）根据设定的传动方案，采用软齿面直齿轮传动。

2）由于此机构中齿轮传动为低速级齿轮传动，速度不高，故选用7级精度 3）材料选择：小齿轮材料为20CrMnTi，渗碳淬火，硬度为300HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料差为60HBS。

4）取小齿轮齿数Z1=20，则大齿轮齿数Z2=iZ1=2.4×20=48，取Z2=48

7.1.2 按齿面接触疲劳强度设计

d1t?2.3322KtT1?u?1?ZE设计计算公式：

?du??H?2 (13)

确定公式内的各计算数值

1）试选载荷系数 2）计算小齿轮的转矩

Kt?1.3

95.5?105P3 (14) T3?n3

16

95.5?105?3.7725? 300?1.2?105N?mm3）由参考文献[2]表10-7选取齿宽系数?d?1

4）由参考文献[2]表10-6选取材料的弹性系数ZE?189.8MPa

5）由图10-21e按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim1?1650MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2?550MPa

6）由式： N1?60n1jLh (15)

计算应力循环次数

设该齿轮的工作寿命为12年，每年工作180天，每天10小时，则 N1?60?300?1??12?180?10??3.888?108 N2?3.888?108?3.277?1.186?108

7）由参考文献[2]图10-19查得接触疲劳寿命系数 KHN1?0.97；K8）计算接触疲劳许用应力

取失效概率为1%，取安全系数S=1。由式

K???H?1?HN1Hlim1?0.97?1650?1600.5MPaS K???H?2?HN2Hlim2?1.10?550?605MPa

SHN2?1.10

??H??KHN?HlimS得 (16)

计算尺寸：

1）试算小齿轮分度圆直径d1t，代入??H?中较小的值

2KT?u?1??ZE? (17) d3t?2.323t3??????d?u?????H??521.3?1.2?10?2.4?1?189.8??3 ?2.32? 1?2.4?6052?64.7mm2）计算圆周速度?

?d3tn3??64.7?300????1.02m/s (18)

60?100060?10003）计算齿宽b

b??d?d3t?1?64.7?64.7mm (19)

4）计算齿宽与齿高之比b/h

d64.7模数 mt?3t??3.235mm (20)

z320齿高 h?2.25mt?2.25?3.235?7.279mm (21)

17

齿宽与齿高之比

b64.7??8.89 h7.2795）计算载荷系数

根据??1.02m/s，7级精度，由参考文献[2]图10-8查得动载荷系

KV?1.05 KAFt>100N/mmb直齿轮，假设.由参考文献[2]表10-3 KH??KF??1.1；

由参考文献[2]表10-2查得使用系数KA?1.5；

由参考文献[2]表10-4查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，

2KH??1.12?0.18?1?0.6?d??d2?0.23?10?3b (22) 将数据代入后得

KH??1.12?0.18?1?0.6?12??12?0.23?10?3?64.5?1.423

由

b64.7??8.89，KH??1.423，查参考文献[2]图10-13得KF??1.33；h7.279故载荷系数

K?KAKVKH?KH??1.5?1.05?1.1?1.423?2.465 (23)

K得 Kt6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式d3?d3t3 d3?64.7?37）计算模数m m?2.465 (24) ?79.m9m81.3d379.98 (25) ??3.99 9z3207.1.3 按齿根弯曲强度设计

2KT3?YFaYS?a弯曲强度设计公式为： m? (26) ?2???dz3????F??3 确定公式内的各计算数值

1）由参考文献[2]图10-20d查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限

?FE1?1050MPa ?FE2?1050MPa

2）由参考文献[2]图10-18查得弯曲疲劳寿命系数

KFN1?0.98

KFN2?0.99

3）计算弯曲疲劳许用应力

18

KFN?FES 取安全系数S=1.3由式 得 (27)

K?0.98?1050MPa?791.538MPa ??F1??FN1FE1?S1.3K?0.99?1050MPa?799.615MPa ??F?2?FN2FE2?S1.3??F??4）计算载荷系数K

K?KAKVKF?KF??1.5?1.05?1.1?1.33?2.304 (28) 5）查取齿型系数

由参考文献[2]表10-5查得 YFa1?2.8，YFa2?2.33 6）查取应力校正系数

由参考文献[2]表10-5可查得 YSa1?1.55，YSa2?1.69

YFaYSa7）计算大小齿轮的

??F?并加以比较

YFa1YSa1??F?1??2.8?1.55?0.00548

791.5382.33?1.69?0.00492

799.615YFa2YSa2??F?2 小齿轮的数值大。 设计计算

根据式（27）得

52?2.304?1.2?10m?3?0.00548?1.96

1?202对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.96，并就近圆整为标准值m=2，按接触强度算得的分度圆直径

d3?80mm,算出小齿轮数 z3?d380??40 m2大齿轮齿数 z4?uz3?2.4?40?96， 取z4?96

这样设计出的齿轮传动既满足齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

7.1.4 几何尺寸计算

1）计算分度圆直径

19

d3?z3m?40?2?80 d4?z4m?96?2?192

2）计算中心距

a?d3?d480?192?mm?136mm （29） 223）计算齿轮宽度

考虑到尽可能的减少质量和缩短变速器的轴向尺寸，应该选用较小的齿宽。若使用宽些的齿宽，工作时会因轴的变形导致齿轮倾斜，使齿轮沿齿宽方向受力不均匀并在齿宽方向磨损不均匀。

通常更据齿轮模数m的大小来选定齿宽。

直齿：b=KC m, KC为齿宽系数，取为4.5~9 （30）

斜齿：b= KC mm，KC取6.0~9.5

第一轴常啮合齿轮副的齿宽系数，KC可取大些，使接触线长度增加、接触应力降低，以提高传动平稳性和齿轮寿命。

所以小齿轮齿宽取20mm,大齿轮齿宽取20mm.

7.1.5 验算

52T32?1.?210 Ft??N?3000N (31)

d380KAFt1.5?3000?N/m?225N/m>100N/m (32) b20合适。

7.2 旋耕机刀轴

本次设计选到刀轴的外径d为50mm,内径d1=44mm。

刀轴总成是旋耕机的主要工作部件，由旋耕刀片、旋耕刀座和旋耕刀轴组成。刀座由64Mn钢板冲压成“U”型，套合后焊接而成，中间是空心的矩形。

刀片通过螺丝固定在刀座上。刀轴由无缝钢管制成，轴的两端焊有轴头，用与左右支臂销连，刀轴上焊有刀座并加装一个刀盘，刀座按多头螺线等距离焊合在刀轴上，用以安装刀片。

刀片是旋耕机的最主要工作部件，起切土和抛土作用，工作中刀片的绝对运动是由机组的前进运动与刀轴的回转运动合成。为使机组正常工作，必须使刀片在整个切土的过程中不断产生推土现象，因此绝对运动的轨迹要求为余摆线，在这条余摆线绕圈最大横弦以下任意一点的水平分速度的方向与机组前进方向相反，这样刀片便将土壤抛向后方。

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