齿轮和轴的计算过程

倒档器锥齿轮计算因为转向器没有设置传动比 我选用两个材料和尺寸大小一样的锥齿轮1）选择齿轮材料，确定许用应力 由机械设计书表 6.2 选 两齿轮材料为： 小齿轮 40Cr 调质 大齿轮 45 正火HBS1=260 HBSHBS2=210 HBS许用接触应力b 由b = ZHH SNH min接触疲劳极限b查机械设计图6-4H lim2接触强度寿命系数Z应力循环次数NNb=700N/mmH lim1b=550N/mmH lim2N=60njL =60 x 8000 x lx (10x 300 x 4)hN=5.76x109查图机械设计 6-5（如没有特殊说明图表都来源于机械设计书）得 ZNZ =1N接触最小安全系数S H limb =700 xl/1H1t = 550 xl/1H2许用弯曲应力b FS =lH limb =700N/mm2Hlb =550N/ mm 2H2由式b =Fiim Y YF S N XFmin（设模数m小于5）弯曲疲劳极限b查图6-7F lim弯曲强度寿命Y查图6-8N弯曲强度尺寸系数Y 查图6-9X弯曲强度最小安全系数SF min则b =540xlxl/1.4F1b = 420 xlxl/1.4F22）齿面解除疲劳强度设计计算b=540N/mm2, b = 420N / mm2F limlF lim2Y = Y =lNl N 2Y =lXS =l.4F minb =450 N/mm2Flb =300 N/mm2F2确定齿轮传动精度等级，估取圆周速度u = 7m/s，参考表6-7、6-8选取口公t差等级组7级锥齿轮分度圆直径d d (1+屮dm2 KT u 2 +1 Z Z1 -齿宽系数屮 查表6.14dm屮=0.3dm小齿轮齿数 z =131z =131那么大齿轮齿数z = z i =18.2圆整2 1 1齿数传动比 u=1.385z = 182u=1.385传动比误差为/u AU/u = (1.4-1.385)/1.4 = 0.0107 44.74 mm齿轮模数mm二dl/zl=3.44圆整Z =2.5 Hdi 44.74mmm=3.5小齿轮大端分度圆直径d1=mz1=3.51 1 3d1=45.5mm大齿轮大端分度圆直径 d2=mz2=3.5118d2=63mm齿轮平均分度圆直径 d =d /(1+md =45.5/(1+ m10.3v 1.3852 +1d =38.7mmm1d =63/(1+ _.3 _)m 21.3852 +1圆周速度u 二3.14d n /60000mlm1 Iu = 3.14 d n / 60000m2m2 2齿宽 bb1=V d =11.61mm 圆整dm m1b2=v d =16.007mm 圆整 dm m 23) 齿根弯曲疲劳强度校核计算由式q二竺_(1+昙匚)2Y Y c F bdmJ% 2 + 1 Fa SaF当量 齿数 z z = z / cos 6 = 30-= 16.04vv11uz = z u2 =30.75 u 2u1齿形系数Y 应力修正系数Y查表6.5FaSa计算弯曲疲劳强度Q二197.17Vq F 1H4）齿轮其他主要尺寸计算分度锥角 cos6 =1.385=0.81071 Ju 2d =53.59mm m2u = 16.2m/s m1u = 18.84m/sm2b1=12mmb2=16mmz =16.04v1z 二 30.75u2Y =3.21， Y 二 2.91Fa1Fa 2Y =1.46， Y =1.53Sa1Sa 2所以齿根弯曲强度满足6 =35.831锥距R *2xq2 /2 = 55.1R=55.1mm齿顶咼h = h * m = 3 mmaa齿根咼 h = (h* + c* )m = 3.6mmfa齿顶圆直径 d = d + 2h cos6 = 82.24mmaa齿根圆直径 d = d 一 2h cos 6 = 72.9mmff齿顶角0 = arctan(h / R) = 3.1aa齿根角0 = arctan(h / R) = 3.7ff4)结构设计及绘制齿轮零件图花键连接强度计算花键轴的内径为 20mm,轴与发动机轴用凸缘联轴器连接；选取花键规格N x d x D x B 为 6 x 20 x 24 x 5 ；因为花键是连接发动机输出轴和转向器轴，因此，他们是动连接。动连接强度 计算条件为：p 2TP 二 -屮 zhldm式中，T为工作转矩，T=6180N.mm；屮为各齿间载荷分配不均匀系数，一般取屮=0.7-0.8，我们取0.8:； z为花键齿数，取z=6； hm为花键齿面的工作高度，对矩形花键h=0.5 (D-d) -2c,其中d和D为花键轴的内径和外径，c为齿顶的倒圆半径。计算h=3； d=0.5(D+d),计算得22mm； l为工作长度40mm； p 2 x 6180许用挤压应力，N/mm n，查看机械设计书表3.4为10-20:p=2.93 A3：n计算轴的最小直径并加大 3以考虑键槽的影响dmin 110查表8.6取A=110d =26mmmin3）轴的结构设计（1）确定轴的结构方案 轴承靠轴肩定位，左端轴承靠套筒与端盖定位。两轴承之间靠套筒定位，因 为是齿轮轴，无须定位齿轮，轴承选用角接触球轴承（2）确定轴各段直径和长度Q段根据d 圆整，选择连轴器YL4型，连轴器毂孔长62mm，该min段应比连轴器短14mm取d1=28mm l =60mm1Q段 为使连轴器定位，轴肩高度h = c + （23）mm，孔倒角C取3mm,d = d + 2h且符合标准密封内径，取端盖宽度15mm，转向器齿轮轴两轴承接 21在同一个轴 肩 上， 中间用套筒固定， 轴 承选用角 接触球轴 承 型号为7001AC d x D x B x a = 35 x 62x14x18.5l = 15 + 2B + 77l =120mm d2 2 2=35mmQ段 为了卡住轴承 d= d2+2h轴肩h取5mm d =45mm l =3310mmQ段本身这跟齿轮轴就是齿轮与轴连在一起，这段是齿轮宽l =42mm44）轴的强度校核 齿轮采用的是直齿，因此轴主要承受扭矩，其工作能力按扭转强度条件计 算。扭转强度条件为：TPN / mm 2t 二 二 9.55 x 106 x |r Jt W0.2d 3ntTmm式中， t 轴的扭转切应力， N /mm2 ；TT 轴所受的扭矩，Nmm ；W 轴的抗扭截面模量， mm 3 ；Tn 轴的转速， r / min ；P 轴所传递的功率， Kw;It 轴的许用扭转切应力，N/mm2，见表8.6；TA 取决于轴材料的许用扭转切应力t 的系数，其值可查表8.6.TTP30T 二二 9.55 x 106 x二 9.55 x106 xt W0.2d3n0.2 x 283 x 7500Tt = 8.7N/mm2 k = 40N/mm2TT5）精确校核轴的疲劳强度（1）选择危险截面在第一段轴与第二段轴之间有应力集中源，第一段轴上有键，其应力较大应力集中严重，选其接近第二段轴处截面为危险截面。2）计算危险截面上工作应力轴主要承受扭矩，其兀 x 28316 x 4.3 x (28 - 4.3)2L628=2928.08mm 3 .扭矩 T 二 6180 Nmm其抗弯截面系数兀d 3 W -32bt (d -1 )2兀 x 28338 x 4.3 x (28 - 4.3)21030mm 3d 丄 UJ u丄丄丄丄丄丄J3228抗扭截面系数TT7 兀 d 3bt (d -1 )2W =T 16d截面上的扭剪应力：P 二 T/W 二 6180/2928.08 =2.11 N/mm2T扭切应力：t =t =t /2 =1.055N/mm2am(3) 确定轴材料机械性能查表8.2,弯曲疲劳极限b = 275mm2，剪切疲劳极限t = 155N/mm2 -1-1碳钢材料特性系数：申=0.1,甲=0.5 btb(4) 确定综合影响系数K ,Kbt轴肩圆角处有效应力集中系数k，k，根据r/d = 1.6/28 = 0.057，由bt表8.9插值计算得k二1.86，k二1.30bt配合处综合影响系数K，K，根据d，b ，配合H7/r6，由表8.11btb插值计算得 K 二 3.4, K 二 0.4 + 0.6K 二 2.44btb键槽处有效应力集中系数k ,k，根据b，由表8.10插值计算得k二1.80，b tbbk 二 1.61t尺寸系数， ,根据d，由表8-12查得，e二0.81，8二0.75。b tbt表面状况系数0，根据b，表面加工方法查图8-2得 bb0=0 二0.84bt轴肩处的综合影响系数K，K为：btk1.80小cK=O=2.73O B0.81 x 0.84OOk2.44c cK=T=-3.87匕- 审 -0.75 x 0.84T T键槽处综合影响系数 K ，K 为bTk1.80O = B 0.81 x 0.84O O=2.64k1.61T = B 0.75 x 0.84T T=2.56同一截面上有两个以上应力集中源，取其中较大的综合影响系数来计算安全系数，故按配合处系数 K ，K 。OT（5）计算安全系数由表8.13取许用安全系数s = 1.6由式 8-6O275-4=k o +申 o 3.4x 1 + 0.1 x 0O aO m80.1T155-1=k t +申 t 2.44 x 16.5 + 0.05 x 16.5T aT m=3.77scassS2 + S2OT=5.26）轴的弯矩图和扭矩图1) 求轴承反力H 水平面R = 103N , R = 103 NH1H 2V 垂直面R =60N, R = 166NV1 V 2(2)求第一个轴承处弯矩H 水平面M = 10918 NmmHV 垂直面M = 6360N mm , M = 9960N mmV1V 2合成弯矩MM = 14080Nmm , M = 17680mm1 2扭矩 T T = 6180 N.mmM = JM 2 + (aT)2 = 14560Nmm 弯扭合成当量弯矩ca1 1 I丿M = Jm 2 + (aT)2 = 18064.7Nmm ca 2 2弯矩图，扭矩图如下：7）轴上键的设计及校核静联接，按挤压强度条件计算，其计算式为: c =竺 A上计算轴的最小直径并加大3%以考虑键槽的影响n查表8.6 取A=100dA3）轴的结构设计（1）确定轴的结构方案行星轮上有一与行星轮固联的圆盘，该圆盘与输出轴相连，从而将转矩 传递到输出端。输出轴一端与圆盘相连，另一端通过连轴器输出，轴共分为八段。（2）确定各轴段的直径和长度L段 根据d ，并由T和n选择连轴器，选用型号为 HL ,孔径 min226d = 75mm，轴孔长l = 107mm。轴的长度应比毂孔长度短14mm。Q段 第二段轴装轴承端盖，用以使轴承轴向定位以及密封，取其长度为 20mm。Q段 该段轴上装轴承，轴承选用7216C型角接触球轴承，d = 80mm,B 二 26mmQ段 第四段轴在一对轴承之间，上面用套筒保证两个轴承之