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第2章 渐开线圆柱齿轮几何参数设计计算
2.1 概述
渐开线圆柱齿轮设计是齿轮传动设计中最常用、最典型的设计,掌握其设计方法是齿轮设计者必须具备的,对于其它类型的传动也有很大的帮助。在此重点讨论渐开线圆柱齿轮设计的设计技术。
2.2 齿轮传动类型选择
直齿(无轴向力)
斜齿(有轴向力,强度高,平稳)
双斜齿(无轴向力,强度高,平稳、加工复杂)
2.3 齿轮设计的主要步骤
多级速比分配
单级中心距估算
齿轮参数设计
齿轮强度校核
齿轮几何精度计算
2.4 齿轮参数设计原则
(1) 模数的选择
模数的选择取决于齿轮的弯曲承载能力,一般在满足弯曲强度的条件下,选择较小的模数,对减少齿轮副的滑动率、増大重合度,提高平稳性有好处。但在制造质量没有保证时,应选择较大的模数,提高可靠性,模数増大对动特性和胶合不利。
模数一般按模数系列标准选取 ,对动力传动一般不小于2
对于平稳载荷:mn=(0.007-0.01)a
对于中等冲击:mn=(0.01-0.015)a
对于较大冲击:mn=(0.015-0.02)a
(2)压力角选择 an=20
大压力角(25、27、28、30)的优缺点:
优点:齿根厚度和渐开线部分的曲率半径增大,对接触弯曲强度有利。齿面滑动速度减小,不易发生胶合。根切的最小齿数减小。缺点:齿的刚度增大,重合度减小,不利于齿轮的动态特性。轴承所受的载荷增大。过渡曲线长度和曲率半径减小,应力集中系数增大。
小压力角(14.5、15、16、17.5、18)的优缺点:
优点:齿的刚度减小,重合度增大,有利于齿轮的动态特性。轴承所受的载荷减小。缺点:齿根厚度和渐开线部分的曲率半径减小,对接触弯曲强度不利。齿面滑动速度增大,易发生胶合。根切的最小齿数增多。
(3) 螺旋角选择
斜齿轮螺旋角一般应优先选取整:10-13.
双斜齿轮螺旋角一般应优先选取:26-33.
螺旋角一般优先取整数,高速级取较大,低速级取较小。
考虑加工的可能性。
螺旋角增大的优缺点:
齿面综合曲率半径增大,对齿面接触强度有利。
纵向重合度增大,对传动平稳性有利。
齿根的弯曲强度也有所提高(大于15度后变化不大)。
轴承所受的轴向力增大。
齿面温升将增加,对胶合不利。
断面重合度减小。
(4)齿数的选择
最小齿数要求(与变位有关)
齿数和的要求
齿数互质要求
大于100齿的质数齿加工可能性问题(滚齿差动机构)
高速齿轮齿数齿数要求
增速传动的齿数要求
(5)齿宽和齿宽系数的选择
一般齿轮的齿宽由齿宽系数来确定,
φa=b/a φd=b/d1 φm=b/mn
φa=(0.2-0.4)
齿宽系数φd取值:
齿轮对称分布φd最大值1.1-1.4
齿轮非对称分布φd最大值0.9-1.1
齿轮悬臂结构φd最大值0.6-0.8
注意:齿宽系数比较大时注意偏载问题。齿轮悬臂结构不宜取较大的齿宽系数
(6) 齿顶高系数 ha=1
长齿(1.1、1.2、1.3)的特点:
重合度大、接触强度有所提高、对传动平稳性有利。
滑动速度大、齿顶变尖
短齿(0.8、0.9)的特点:
弯曲强度有所提高、滑动速度小、不易胶合。
重合度小,对振动噪声不利。
(7) 顶隙系数(0.25、0.3、0.35、0.4)
一般齿轮0.25
高精度硬齿面重载齿轮0.35、0.4
小模数0.35
与刀具有关
与齿根圆角有关
(8)重合度要求
端面重合度EA大于1.15
EA+EB大于2.2
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