齒輪模擬故障試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)——齒輪箱設(shè)計(jì)

摘要 齒輪模擬故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)，能夠方便地模擬齒輪設(shè)備的典型故障，方便了科研人員進(jìn)行故障診斷方法的研究驗(yàn)證過(guò)程，也為齒輪的故障診斷提供依據(jù)，節(jié)省了科研人員花費(fèi)在布置實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和精力。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)還可用于教學(xué)實(shí)踐中，提高學(xué)習(xí)認(rèn)知水平。設(shè)計(jì)齒輪模擬故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)就顯得非常有必要。 本文通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外齒輪模擬故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)的模擬器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種能模擬 6 種典型故障的齒輪模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，操作者能在運(yùn)行中能連續(xù)觀(guān)察齒輪從正常到發(fā)生故障的信號(hào)變化過(guò)程和故障齒輪嚙合的合成信號(hào)。本文完成了模擬器的總體方案分析和設(shè)計(jì)；重點(diǎn)計(jì)算 了減速箱的結(jié)構(gòu)尺寸、齒輪的幾何參數(shù)和精度等級(jí)；設(shè)計(jì)了輸入花鍵軸、輸出花鍵軸、中間軸的結(jié)構(gòu)尺寸，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核和精確校核；估算了各軸承的工作壽命，并校核了花鍵、平鍵強(qiáng)度。 關(guān)鍵詞 ： 齒輪；減速箱；設(shè)計(jì)；故障；模擬 目 錄 第一章 緒 論 . 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 （一） 齒輪模擬故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)意義 . 1 （二） 國(guó)內(nèi)外齒輪故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展概況 . 1 （三） 工作內(nèi)容與設(shè)計(jì)方法 . 2 第二章 減速器設(shè)計(jì) . 4 （一） 總體方案設(shè)計(jì) . 4 （二） 初步確定減速器結(jié)構(gòu)和零部件類(lèi)型 . 5 （三） 定傳動(dòng)方案 . 6 1 選擇電機(jī) . 6 2 確定傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 . 6 3 計(jì)算運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) . 6 （四） 減速器結(jié)構(gòu) . 8 1 高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算級(jí)結(jié)構(gòu)說(shuō)明 . 9 2 低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算級(jí)結(jié)構(gòu)說(shuō)明 . 11 3 減速器附件的名稱(chēng)、位置和作用 . 14 （五） 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及精度選擇 . 15 1 小花鍵齒輪 . 15 2 雙聯(lián)齒輪 . 19 3 三聯(lián)齒輪 . 21 4 大花鍵齒輪 . 22 5 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)特性 . 27 （六） 鑄鐵減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸 . 29 第三章 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 . 31 （一） 材料選擇 . 31 （二） 輸入軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 . 31 （三） 中間軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 . 36 （四） 輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 . 43 第四章 滾動(dòng)軸承的校核 . 47 （一） 輸入軸上滾動(dòng)軸承校核 . 47 （二） 中間軸上滾動(dòng)軸承校核 . 48 （三） 輸出軸上滾動(dòng)軸承校核 . 48 第五章 鍵的選擇與校核 . 51 1 輸入軸上鍵的選擇與校核 . 51 2 中間軸上鍵的選擇與校核 . 51 3 輸出軸上鍵的選擇與校核 . 52 （二） 花鍵的選擇與校核 . 52 1 輸入軸上花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 . 52 2 輸出軸上花鍵的強(qiáng)度計(jì)算 . 53 （三） 注意事項(xiàng) . 54 結(jié) 論 . 54 參考文獻(xiàn) . 55 1 第一章 緒 論 1.1 齒輪模擬故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)意義 齒輪裝置廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，齒輪裝置的運(yùn)行狀態(tài)直接影響著企業(yè)設(shè)備及人身安全和生產(chǎn)效益。使用科學(xué)的方法對(duì)齒輪裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和判斷，從而了解運(yùn)行質(zhì)量，防止故障發(fā)生，對(duì)企業(yè)的設(shè)備管理和經(jīng)濟(jì)效益都有重要價(jià)值 【 1】 。 齒輪故障診斷方法的研究是設(shè)備故障的熱點(diǎn)問(wèn)題。各種故障診斷方法的使用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)等問(wèn)題都要實(shí)踐的檢驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置模擬齒輪的各種故障，進(jìn)而方便地在實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行各種有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)以對(duì)診斷方法進(jìn)行檢驗(yàn)是很有意義的。 作為機(jī)器的重要零件的齒輪的故障實(shí)驗(yàn)研 究日益受到人們的重視。一方面，如果只有理論研究而沒(méi)有實(shí)驗(yàn)研究，那么齒輪各種診斷方法的有效性、準(zhǔn)確性、優(yōu)缺點(diǎn)等問(wèn)題的研究就不能建立在科學(xué)的基礎(chǔ)之上 【 2】 。另一方面，國(guó)內(nèi)在齒輪箱故障診斷上做的工作較多，但主要是根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備，對(duì)測(cè)得的振動(dòng)時(shí)域或頻域波形進(jìn)行事后分析。因此，試制齒輪傳動(dòng)故障模擬試驗(yàn)臺(tái)，以為齒輪的故障診斷提供依據(jù)，就顯得非常有必要。 齒輪模擬故障試驗(yàn)臺(tái)的是一種用來(lái)模擬齒輪故障振動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)對(duì)故障的模擬、故障振動(dòng)信號(hào)的采集、傳輸、分析，達(dá)到實(shí)驗(yàn)、分析、建立診斷數(shù)據(jù)庫(kù)與頻譜圖像的目的，為齒輪箱的故 障診斷提供有效地依據(jù)?？梢詼y(cè)試不同轉(zhuǎn)速（ 03000r/min）、不同載荷、不同故障齒輪的振動(dòng)、噪聲、聲發(fā)射等動(dòng)態(tài)信號(hào)。 1.2 國(guó)內(nèi)外齒輪故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的發(fā)展概況 齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。 目前科研單位所用的齒輪箱實(shí)驗(yàn)臺(tái)絕大多數(shù)是機(jī)械功率封閉性型或電功率封閉性運(yùn)轉(zhuǎn)式齒輪實(shí)驗(yàn)臺(tái)，主要用于觀(guān)測(cè)單個(gè)或單對(duì)齒輪某一項(xiàng)故障的發(fā)展過(guò)程。雖然成本低、便于安裝、便于觀(guān)察測(cè)量，但是觀(guān)察不同的故障必須更換齒輪試件，且一次實(shí)驗(yàn)只能同時(shí)觀(guān)察一種故障，不便于齒輪故障方法的研究。 如國(guó)外 FZG的 CL-100 齒輪試驗(yàn)機(jī)能完成下列實(shí)驗(yàn)： 通過(guò)西德潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，即 FZG齒輪油實(shí)驗(yàn)來(lái)確定有齒輪油引起的齒輪擦傷負(fù)荷和重量變化。 2 確定有不同材質(zhì)制成的齒輪，其齒面承載能力的強(qiáng)度曲線(xiàn)。 確定有不同材質(zhì)制成的齒輪，其齒跟承載能力曲線(xiàn)。 齒面疲勞強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。 輪滑油剪切安定性測(cè)定法實(shí)驗(yàn)。 國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的一種機(jī)械設(shè)備故障診斷綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括動(dòng)力源部分、故障模擬器部分、檢測(cè)部分。動(dòng)力源部分，有交流電機(jī)和調(diào)速器組成；故障模擬器部分，有各類(lèi)齒輪、軸承、聯(lián)軸器、動(dòng)不平衡模擬器、載荷設(shè)備組成；檢測(cè)部分，有各類(lèi)傳 感器組成，電機(jī)與故障模擬部分靠軸計(jì)齒輪嚙合連接，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以給學(xué)員提供設(shè)備的各種故障來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)臺(tái)診斷功能全面，可以真實(shí)的模擬工程中，機(jī)械設(shè)備中十多種常見(jiàn)的設(shè)備故障現(xiàn)象。該設(shè)備也是進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)備故障診斷研究實(shí)驗(yàn)的可靠工具。其特征在于實(shí)驗(yàn)包括：動(dòng)力源部分，由交流電機(jī)和調(diào)速器組成；故障模擬器部分，由可更換的各類(lèi)無(wú)損壞、損壞和有缺陷的直齒輪、斜齒、人字齒輪、滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承、靜壓軸承及各類(lèi)聯(lián)軸器、動(dòng)不平衡模擬器、載荷設(shè)備組成；檢測(cè)部分，由加速度、速度、位移、溫度、力、壓力傳感器組成，其中調(diào)速器裝在點(diǎn) 電機(jī)上電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與故障模擬部分的輸入軸連接。載荷設(shè)備通過(guò)聯(lián)軸器與輸出軸連接，檢測(cè)部分的加速度、速度、位移、溫度傳感器裝在載荷設(shè)備的軸承座上。 1.3 工作內(nèi)容與設(shè)計(jì)方法 本文 齒輪故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)由直流發(fā)電機(jī)、加載電機(jī)、直流調(diào)速加載系統(tǒng)、齒輪減速箱構(gòu)成。 本文是對(duì)該試驗(yàn)臺(tái)的故障模擬器部分齒輪箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn) 6 種故障模擬，全部集中在中間軸上，一根安裝在齒輪箱內(nèi)（三種故障），一根備用軸（三種故障），更換時(shí)整根軸系（包括：軸承、軸、齒輪）一起換，使用比較方便。 本齒輪模擬故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)可通過(guò)齒輪換擋或更換齒輪箱 中間軸組件實(shí)現(xiàn)不同故障齒輪的嚙合。實(shí)驗(yàn)臺(tái)配置的故障齒輪有：輪齒疲勞裂紋、斷齒、齒面點(diǎn)蝕、單齒齒面剝落、一對(duì)對(duì)稱(chēng)齒齒面疲勞剝落、齒面磨損、齒輪偏心。 齒輪箱上設(shè)有油標(biāo)，內(nèi)設(shè)有輸入花鍵軸、輸出花鍵軸，輸出花鍵軸和輸入花鍵軸之間有過(guò)渡軸，輸出花鍵軸、輸入花鍵軸、中間軸不再同一平面上。輸入花鍵軸上安裝有第一花鍵齒輪，輸出花鍵軸上安裝有第二花鍵齒輪，中間軸上安裝有兩個(gè)齒輪構(gòu)成的二聯(lián)齒輪以及一個(gè)三聯(lián)齒輪或多聯(lián)齒輪。第一花鍵齒輪與二聯(lián)齒輪嚙合，第二花鍵齒輪與三聯(lián)齒輪嚙合。在第一花鍵齒輪和第二花鍵齒輪旁邊分別裝有第一撥叉換 位裝置和第二撥叉換位裝置，在運(yùn)行中由第一、第二撥叉換位裝置撥動(dòng)二聯(lián)齒輪、三聯(lián)齒輪或多聯(lián)齒輪，即可連續(xù)模擬多種齒輪故障。 3 拆開(kāi)齒輪箱箱蓋后，只暴露給實(shí)驗(yàn)者中間軸的齒輪、檔油盤(pán)、軸承。 更換中間軸時(shí)，其他兩根軸固定裝態(tài)不變化，更換中間軸后不需要調(diào)整兩根軸的軸向位置，更換過(guò)程較為簡(jiǎn)單。 當(dāng)拆卸箱蓋更換中間軸的故障齒輪時(shí)，只需要卸下中間軸軸承旁螺栓和中間軸上端蓋，拆卸過(guò)程較短。反之，當(dāng)合上箱蓋時(shí)，也只需較短的裝配時(shí)間，齒輪箱的上述三根軸的空間裝置，橫向尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。 二聯(lián)三聯(lián)或多聯(lián)齒輪經(jīng)由撥叉換位裝置，在運(yùn)行中 連續(xù)模擬多種故障，通過(guò)撥叉裝置撥動(dòng)齒輪的組合結(jié)果，可方便觀(guān)察齒輪的各種故障信號(hào)。 手柄經(jīng)手柄軸、擺桿，通過(guò)銷(xiāo)軸使滑塊撥動(dòng)被操縱件，這種操縱方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用普遍。操縱機(jī)構(gòu)靠手柄座上的鋼球來(lái)定位，鋼球在彈簧作用下壓入定位坑中實(shí)現(xiàn)定位。鋼球定位的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、制造容易。 4 第二章 減速器設(shè)計(jì) 2.1 總體方案設(shè)計(jì) 通過(guò)了解國(guó)內(nèi)外齒輪模擬故障實(shí)驗(yàn)臺(tái)的模擬器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了一種能模擬 6 種典型故障的齒輪模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，操作者能在運(yùn)行中能連續(xù)觀(guān)察齒輪從正常到發(fā)生故障的信號(hào)變化過(guò)程和故障 齒輪嚙合的合成信號(hào)。 齒輪故障模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)由直流發(fā)電機(jī)、加載電機(jī)、直流調(diào)速加載系統(tǒng)、齒輪減速箱構(gòu)成。減速器總體方案如圖 2-1 所示。 圖 2-1 減速器總體設(shè)計(jì)方案 本齒輪模擬故障試驗(yàn)臺(tái)可通過(guò)齒輪換擋或更換齒輪箱中間軸組件實(shí)現(xiàn)不同故障齒輪的嚙合。試驗(yàn)臺(tái)配置的故障齒輪有：斷齒、齒面點(diǎn)蝕、單齒齒面剝落、一對(duì)對(duì)稱(chēng)齒面疲勞剝落、齒面磨損、齒輪偏心。如圖 2-2、圖 2-3 所示。 本試驗(yàn)臺(tái)為齒輪模擬故障試驗(yàn)臺(tái)，故選用圓柱齒輪減速器。其中部分傳動(dòng)齒輪有故障齒。 齒面均勻磨損 正常 偏心 正常 點(diǎn)蝕 剝落 正常 正常 對(duì)稱(chēng)剝落 斷齒 5 圖 2-2 中間軸組件故障設(shè)置 圖 2-3 中間軸組件故障設(shè)置 2.2 初步確定減速器結(jié)構(gòu)和零部件類(lèi)型 2.2.1.1 減速器的傳動(dòng)級(jí)數(shù) 減速器的 傳動(dòng)級(jí)數(shù)為兩級(jí)傳動(dòng)。 2.2.1.2 確定傳動(dòng)件布置形式 減速器傳動(dòng)件 采用展開(kāi)式。主要考慮齒輪模擬故障和實(shí)現(xiàn)兩級(jí)傳動(dòng)的需要，以及滿(mǎn)足浸油潤(rùn)滑的要求。 2.2.1.3 初選軸承類(lèi)型 軸承主要承受徑向載荷，且轉(zhuǎn)速較高，故采用深溝球軸承。 （ 1） 調(diào)整：實(shí)現(xiàn)雙支點(diǎn)各單向固定的支撐，這種軸承在安裝是，通過(guò)調(diào)整端蓋斷面與外殼之間墊片的厚度，使軸承外圈與端蓋之間留有很小的軸向間隙，以適當(dāng)補(bǔ)償軸受熱伸長(zhǎng)。 （ 2） 固定：由擋油板和軸承端蓋實(shí)現(xiàn)軸向固定，軸承端蓋結(jié)構(gòu)如圖 4所示。 （ 3） 潤(rùn)滑：軸承中的潤(rùn)滑劑不僅可 以降低摩擦阻力，還可以起到散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動(dòng)、防止銹蝕等作用。初選脂潤(rùn)滑。 （ 4） 密封：軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。初選接觸式的氈圈油封 1 。 2.2.1.4 決定減速器機(jī)體結(jié)構(gòu) 由于在試驗(yàn)過(guò)程中需要更換中間軸，故將中間軸布置在水平剖分面上，為了減小減 6 速器的總體尺寸，故將相嚙合的兩齒輪中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)一定的角度。 選擇聯(lián)軸器類(lèi)型 初選膜片聯(lián)軸器。膜片聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，彈性元件的連接沒(méi)有間隙，不需 潤(rùn)滑，維護(hù)方便，平衡容易，質(zhì)量小，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，主要用于載荷比較平穩(wěn)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)。 2.3 定傳動(dòng)方案 2.3.1 選擇電機(jī) 1.驅(qū)動(dòng)與加載電機(jī) (1)驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào)： Z2-12， 額定轉(zhuǎn)速： 3000r/min， 額定功率： 1.1kw， 額定電壓： 220V， 額定電流： 6.41A。 (2)加載電機(jī)為直流電動(dòng)機(jī)： 型 號(hào)： Z2-42， 額定轉(zhuǎn)速： 750r/min， 額定功率： 1.5kw， 額定電壓： 230V， 額定電流： 9.16A。 2.3.2 確定傳動(dòng)比和 分配傳動(dòng)比 （ 1） 齒輪減速箱的變速級(jí)數(shù)：兩級(jí)變速，采用展開(kāi)式齒輪減速器。 （ 2） 分配傳動(dòng)比： 1i =2.5， 2i =1.6。 2.3.3 計(jì)算運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 將傳動(dòng)裝置各軸由高速值低速以此定為 1 軸、 2 軸、 3 軸、 4 軸，以及 0i， 1i ，為相鄰兩軸間的傳動(dòng)比； 01， 12 ，為相鄰兩軸間的傳動(dòng)效率； 1 ， 2 ，為各軸的輸入功率（ kw）； 1n , 2n ,為各軸的轉(zhuǎn)速（ r/min）。 各軸轉(zhuǎn)速 7 由文獻(xiàn) 3,(9) (11)可知， 1 軸 30001300001 inn m r/min （ 2-1） 2軸： 12005.23000112 inn r/min （ 2-2） 3軸： 7506.11200223 innr/min （ 2-3） 4軸： 7 5017 50334 inn r/min （ 2-4） 2.3.3.2 各軸輸入功率 齒輪聯(lián)軸器的效率取 0.99，齒輪傳動(dòng)副效率 0.972 。 由文獻(xiàn) 3,(12) (15)可知， 1 軸： 09.199.01.1011 dkw （ 2-5） 2 軸： 06.197.009.11212 kw （ 2-6） 3 軸： 03.197.006.12323 kw （ 2-7） 4 軸： 02.199.003.13434 kw （ 2-8） 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 由文獻(xiàn) 3,(16) (21)可知， 電機(jī)軸： 50.330001.195509550 mdd nN m （ 2-9） 1 軸： 47.399.015.30101 idN m （ 2-10） 2 軸： 41.897.05.247.312112 i N m （ 2-11） 3 軸： 06.1397.06.141.823223 i N m （ 2-12） 4 軸： 93.1299.016.1334334 i N m （ 2-13） 8 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)如表 2-1所示。 表 2-1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 軸號(hào) 電動(dòng)機(jī) 兩級(jí)圓柱齒輪減速器 加載電機(jī) 0軸 1軸 2軸 3軸 4軸 轉(zhuǎn)速n (r/min) 3000 3000 1200 750 750 功率 （ kw） 1.10 1.09 1.06 1.03 1.02 轉(zhuǎn)矩 （ N.m） 3.50 3.47 8.41 13.06 12.93 2.4 減速器結(jié)構(gòu) 2.4.1 高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算級(jí)結(jié)構(gòu)說(shuō)明 2.4.1.1 選定齒輪類(lèi)型 、精度等級(jí)、材料級(jí)齒數(shù) （ 1） 按圖 3-1 的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)臺(tái)減速器齒輪轉(zhuǎn)速較高，故選用 7級(jí)精度 2210,1 圖 。 （ 3） 材料選擇 110,1 表 。 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45鋼（?；?，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40 HBS。 （ 4） 計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩 mNnPT 3115 1047.3105.95 （ 5） 取齒寬系數(shù) 4.0d 。 （ 6） 取彈性影響系數(shù) aE MPZ 8.189 （ 7） 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ,6001lim aH MP 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 5502lim 。 （ 8） 預(yù)期壽命為 20年，兩班制，一年按 300天計(jì) ,9 6 0 0 01630020 hL h 應(yīng) 力 循 環(huán) 次 數(shù)1011 1073.196 000130 006060 hjLnN , 102 107.0 N 2.4.1.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 9 3 21 12 F saFad YYzKTm 510,1 （ 2-14） （ 1） 確定各計(jì)算數(shù)值 a. 小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE 5001 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限MPaFE 3802 )2110,1 c（圖 。 b. 取 彎曲疲勞壽命系數(shù) 8.01 FNK， 84.02 FNK )1310,1 圖； c. 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1S ，由式（ 10-12）1 得： ;7.2854.1 50080.0111 M P aSK FEFNF (2-15) ;2284.1 38084.0222 M P aSK FEFNF (2-16) d. 由文獻(xiàn) 1查得： ,1AK 17.1VK， 1FK， 14.1FK， 計(jì) 算 載 荷 系 數(shù) K ： ;334.114.1117.11 FFVA KKKKK(2-17) e. 查取齒形系數(shù)：由表 10-51 查得 60.21 FaY， 26.22 FaY。 f. 查取應(yīng)力校正系數(shù)：由表 10-51 查得 595.11 saY， 74.12 saY。 g. 計(jì)算大小齒輪的 F saFa YY并加以比較。 ;0 1 45 2.07.285 595.160.21 11 F saFa YY （ 2-18） ;0 1 7 25.0228 74.126.22 22 F saFa YY （ 2-19） 大齒輪的數(shù)值大。 (2） 設(shè)計(jì)計(jì)算：由公式（ 4-1）得， ;84.001725.0264.01047.3334.122 3233 211 mmYYzKTmFsaFad （ 2-20） 10 取 mmm 2 。 按齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 1） .試算小齒輪的分度圓直徑 32.2td 3 21 )(1 HEdt ZuuTk =31.5mm，取501 td mm。 2).計(jì)算圓周速度 v。 100060 11 tndv =7.86m/s。 3） .計(jì)算齒寬 b。 b=td d1=0.4 50mm=25mm。 4） .計(jì)算齒寬齒高之比 b/h。 模數(shù) 923.1265011 zdm tt 。齒高： h=2.25 tm =4.327,b/h=5.778。 5） .根據(jù) smv /86.7 ， 7 級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù) 17.1vK ，直齒輪，1 FH KK ，查得使用系數(shù) 1AK ，查得 7 級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱(chēng)布置時(shí)， 157.1HK，由 b/h=5.778， 157.1HK，得 14.1FK，故載荷系數(shù) HHVA KKKKK =1.354 6） . 311tt KKdd =50.68mm。 7） .計(jì)算模數(shù) m。 m=11zd =1.949 .幾何尺寸的計(jì)算。 取模數(shù) m=2，考慮到各軸的配置，齒輪的分度圓直徑不宜過(guò)小，取 301 z ，mmmzd 6030211 ， 755.2302 mmz ， mmmzd 15075222 。mmdda 1052 21 。取 mmBmmB 28,24 12 。 高速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)如表 2-2。 11 名稱(chēng) 代號(hào) 單位 小齒輪 大齒輪 模數(shù) m mm 2m mm 20 1 0 522 2121 zzmdda mm 5.2i 20a4.0d壓力角 中心距 a mm 傳動(dòng)比 i 嚙合角 a 齒寬系數(shù) d齒數(shù) z 301 z 752 z 分度圓直徑 d mm 6011 mzdmm 15022 mzdmm 基圓直徑 bdmm 4.561 bd mm 4.1202 bd mm 齒頂圓直徑 admm 641 admm 1542 admm 齒根圓直徑 fdmm 551 fdmm 1452 fd mm 齒寬 b mm 281 b mm 242 b mm 材料及齒面硬度 HBS Cr40 調(diào) 質(zhì) HBS280 45 鋼?；?HBS240 齒頂高 ahmm 21 ah mm 22 ah mm 齒根高 fhmm 5.21 fh mm 5.22 fh mm 12 全齒高 h mm 5.4h mm 5.4h mm 表 2-2 高速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù) 2.4.2 低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算級(jí)結(jié)構(gòu)說(shuō)明 2.4.2.1 選 定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料級(jí)齒數(shù) （ 1） 按圖 3-1的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 （ 2） 實(shí)驗(yàn)臺(tái)減速器齒輪轉(zhuǎn)速較高，故選用 7級(jí)精度 2210,1 圖 。 （ 3） 材料選擇。 由表 10-13 選擇小齒輪 材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45鋼（?；?，硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40 HBS。 （ 4） 選小齒輪齒數(shù) 401 z ,大齒輪齒數(shù) 646.1402 z 。 2.4.2.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 3 21 12 F saFad YYzKTm 510,1 （ 2-21） (1) 確定各計(jì)算數(shù)值 a. 由圖 10-20c1 查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE 5001 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 MPaFE 3802 。 b. 由圖 10-181 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 83.01 FNK， 85.02 FNK； c. 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù) 4.1S ，由式（ 10-12） 1得： ;43.2964.1 50083.0111 M P aSK FEFNF (2-22) ;7.2 3 04.1 3 8 085.0222 M P aSK FEFNF （ 2-23） d. 由文獻(xiàn) 1查得： ,1AK 15.1VK， 1FK， 13.1FK， 計(jì)算載荷系數(shù) K ： ;3.113.1115.11 FFVA KKKKK（ 2-24） e. 查取齒形系數(shù)：由表 10-5查得 40.21 FaY， 26.22 FaY。 f. 查取應(yīng)力校正系數(shù)：由表 10-5查得 67.11 saY， 74.12 saY。 13 g. 計(jì)算大小齒輪的 F saFa YY并加以比較。 ;01352.043.296 67.140.21 11 F saFa YY （ 2-25） ;0 1 7 04.07.230 74.126.22 22 F saFa YY （ 2-26） 大齒輪的數(shù)值大。 (2） 設(shè)計(jì)計(jì)算：由公式（ 4-21）得， ;835.001704.040 1041.82995.122 3 233 211 mmYYzKTmFsaFad （ 2-27） 取 mmm 2 。 2.4.2.3 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 確定各參數(shù)值。 （ 1） 試選載荷系數(shù) 3.1tK 。 （ 2） 計(jì)算小齒輪的傳遞的扭矩。 mmNT 101 1041.8 。 （ 3） 取齒寬系數(shù) 4.0d 。 （ 4） 取彈性影響系數(shù) 218.189 MPaZ E 。 （ 5） 按齒面硬度差得小齒輪 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 601lim ，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPaH 5502lim 。 （ 6） 預(yù)期壽命 20 年， 2班制，一年按 300 天計(jì)， hLh 9 6 0 0 01630020 力循環(huán)次數(shù) 912911 1032.46.1/;109.69 6 0 011 2 0 06060 NNjLnN h。 （ 7） 接觸疲勞壽命系數(shù) 。90.0;87.021 HNKK HN（ 8） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 14 取 失 效 概 率 為 1% ， 安 全 系 數(shù) s=1 ， 由 式 （ 10-12 ）得： 4952lim;522 221l i m11 SKSK HNHHNH 。 2.設(shè)計(jì)計(jì)算。 （ 1） 試算小齒輪分度圓直徑 ,1td代入 H 中較小的值 3233 211)495 8.189(6.1 6.24.0 1041.83.132.2)(132.2 HEdttZuuTKd =46. 取801 td 。 （ 2） 計(jì)算圓周速度 v。 smndv t /5100060 11 。 計(jì)算齒寬 b. td db 1=0.4 80=32mm。 計(jì)算齒寬齒高比 b/h。 模數(shù) 。；齒高 11.7b / h5.425.2;211 mmmhzdm ttt（ 3） 根據(jù) v=5m/s， 7 級(jí)精度 ,查得動(dòng)載系數(shù) VK =1.15；直齒輪，,1,1 AHH KKK 查得使用系數(shù) 由 7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承為非對(duì)稱(chēng)布置， 13.1,158.1,11.7/,158.1 FKKhbK HH 得由， 故 載 荷 系 數(shù)332.1158.1115.11 HHVA KKKKK 。 （ 4） .65.80311 mmKKddtt （ 5） 計(jì)算模數(shù)。 016.240 65.8011 zdm。 2.4.2.4 確定幾何尺寸。 取模數(shù) m=2 ， 齒 輪 直 徑 要 取 大 一 些 ， 令 mzd 11 =50 2mm=100mm ， 15 1606.112 dd mm；中心距 mmdda 1302 21 ; mmBmmB 26,3021 。 低速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)如表 2-3 所示。 表 2-3 低速級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù) 名稱(chēng) 代號(hào) 單位 小齒輪 大齒輪 模數(shù) m mm 2m mm 20 1 3 022 2121 zzmdda mm 6.1i 20a25.0d壓力角 中心距 a mm 傳動(dòng)比 i 嚙合角 a 齒寬系數(shù) d齒數(shù) z 501 z 802 z 分度圓直徑 d mm 10011 mzdmm 16022 mzdmm 基圓直徑 bdmm 941 bd mm 5.1502 bd mm 齒頂圓直徑 admm 1041 admm 1642 ad mm 齒根圓直徑 fdmm 911 fdmm 1512 fd mm 齒寬 b mm 301b mm 262 b mm 材料及齒面硬度 HBS Cr40 調(diào) 質(zhì) HBS280 45 鋼?；?HBS240 16 齒頂高 ahmm 21 ah mm 22 ah mm 齒根高 fhmm 5.21 fh mm 5.22 fh mm 全齒高 h mm 5.4h mm 5.4h mm 2.4.3 減速器附件的名稱(chēng)、位置和作用 （ 1） 窺視孔和窺視孔蓋：在減 速器上不開(kāi)窺視孔，檢查齒面接觸斑點(diǎn)和齒側(cè)間隙，了解嚙合情況； （ 2） 放油螺塞：在減速器底部設(shè)有放油孔，用于排除污油，注油前用螺塞堵 上； （ 3） 油標(biāo)：油標(biāo)用來(lái)檢查油面高度，保證正常油量； （ 4） 通氣器：在機(jī)蓋頂部或窺視孔蓋上安裝通氣器，使機(jī)體內(nèi)熱漲氣體自由逸出，達(dá)到機(jī)體內(nèi)外氣壓相等，提高機(jī)體由縫隙處的密封性能； （ 5） 啟蓋螺釘：機(jī)蓋與機(jī)座接合面上涂有水玻璃或密封膠，聯(lián)結(jié)后不易分開(kāi)。故在機(jī)蓋凸緣上裝有一到兩個(gè)啟蓋螺釘，在啟蓋時(shí)，先擰動(dòng)次螺釘頂起機(jī)蓋； （ 6） 定位銷(xiāo)：為保證軸承座孔的安裝精度 ，在機(jī)蓋和機(jī)座用螺栓聯(lián)接后，鏜孔之前裝上兩個(gè)定位銷(xiāo)，銷(xiāo)孔位置不對(duì)陳； （ 7） 調(diào)整墊片：調(diào)整墊片有多片很薄的軟金屬制成，用以調(diào)整軸承間隙，有的墊片還要起調(diào)整傳動(dòng)零件軸向位置的作用； （ 8） 吊環(huán)：機(jī)蓋上裝有吊環(huán)，用以搬運(yùn)或拆卸機(jī)蓋，在基座上鑄出吊鉤，用以搬運(yùn)機(jī)座或整個(gè)減速器， （ 9） 密封裝置：在伸出軸與端蓋之間有間隙，必須安裝密封件，以防止漏油或污物進(jìn)入機(jī)體內(nèi)。 2.5 齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及精度選擇 2.5.1 小花鍵齒輪 2.5.1.1 齒輪結(jié)構(gòu) 齒輪有關(guān)尺寸如下： 17 花鍵孔內(nèi)徑 28d mm，花鍵孔外徑 32D mm，輪轂長(zhǎng)度 48L mm。 齒輪精度等級(jí)選擇 確定齒輪的精度等級(jí) 小齒輪的分度圓直徑： 603021 mzd mm, 大齒輪的分度圓直徑： 1 5 07522 mzd mm, 公稱(chēng)中心距： 1 0 52 1 5 0602 21 ddamm, 齒輪的圓周速度： 42.9100060 30006014.311 ndv m/s, 參考表 10-54 所列通用減速器的齒輪和表 10-64 所列某些機(jī)器中的普通齒輪所采用的精度等級(jí)，按齒輪圓周速度，綜合考慮三項(xiàng)精度要求，確定齒輪傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性、傳動(dòng)平穩(wěn)性、輪齒載荷分布均勻性的精度等級(jí)分別為 8 級(jí)、 7級(jí)、 7 級(jí)。 確定齒輪的應(yīng)檢精度指標(biāo)的公差或極限偏差 由附表 10-14 查得小齒輪的四項(xiàng)應(yīng)檢精度指標(biāo)的公差或極限偏差為： 齒距累積總公差： 38pFm， 單個(gè)齒距極限偏差： 12ptfm， 齒廓總公差： 16Fm， 螺