標準直齒圓柱齒輪強度可靠度計算實例分析

池大光

摘要：機械產品在設計、生產、使用過程中受各種不確定因素的影響，其質量產生波動，可靠度降低。文章通過在機械設計階段對標準直齒輪的各設計參數變動的可靠度影響進行計算分析，為提高齒輪的結構、強度和可靠性設計提供準確的數值分析方法和參考依據。

關鍵詞：標準直齒圓柱齒輪；可靠度；設計參數；強度；機械產品；數值分析方法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH132 文章編號：1009-2374（2015）32-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.038

1 參數的確定

此次設計采用的大齒輪模數為25，齒數100，材料為ZG340-640；小齒輪模數為25，齒數為19，材料為40CrMo。大小齒輪中心距為1487.5mm。設計中的計算公式參考GB/T10063-1988。

2 校核計算

2.1 按齒根彎曲強度校核

由下式計算：，確定式中各參數：

為載荷系數，這里：為使用系數，取1；為動載系數，取1.05；為齒間載荷分配系數，查得=1.2；為齒向載荷分配系數，按下式計算：

（結構布局非對稱型）

小齒輪寬系數：，代入算得：

大齒輪寬系數：，代入算得：

；

減速器計算最大輸出扭矩按鋼絲繩最大拉力計算：

已知鋼絲繩最大靜拉力：

所以減速器傳動的最大扭矩為：

式中：折線卷筒半徑：R卷筒=0.85m；卷筒效率：η卷筒=0.93；開式齒輪效率：η齒輪=0.93齒輪傳動比：。

代入上式計算得：

查表得：小齒形系數，應力校正系數；大齒輪系數，應力校正系數。

齒輪許用應力按下式計算：

為應力循環影響系數，根據齒輪應力循環次數查表得到，齒輪應力循環次數N按下式計算：

為齒輪轉速，這里

j為齒輪轉一圈時同一齒面嚙合次數，取；為設計使用時間，設計壽命為5000h。

所以：

查表得：，

S為疲勞強度安全系數，這里取S=1.4。

按照MQ品質質量等級查得：；

；

所以：；

齒根彎曲強度校核通過。

2.2 按齒面接觸強度校核

大小齒輪計算接觸應力按下式計算：

；

式中為計算接觸應力基本值，計算公式為：

計算各參數：為節點區域系數：這里取2.5；是彈性模量，這里取188.9；是重合度系數，這里，其中為端面重合度。

查表得：（根據，，）；（根據，，）

所以：

代入上式得：

螺旋角系數

分度圓名義切向力

，代入計算公式得：

確定參數，由，所以由M1判斷：

，，，，Z1=19，Z2=100

，

代入上式得：

此時，。

確定參數由，所以由M2判斷：

此時，

查表得

代入得：

所以有：

齒輪許用應力由安全系數校核：

，確定其中參數。

壽命系數：

按照MQ品質質量等級查得：，

查得齒面工作硬化系數：，

潤滑油膜影響系數：，尺寸系數：

所以，安全系數：

小齒輪，因此有較高的可靠度，大齒輪，因此有一般的可靠度。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊（第四版）[M].北京：化學

工業出版社，2002.

[2] 通用機械漸開線圓柱齒輪承載能力簡化計算方法

（GB/T 10063-1988）[S].北京：中國標準出版社，

1988.

（責任編輯：秦遜玉）