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旋转式高速水洞设计动力系统设计(5)
B.低速级齿轮设计
①选定齿轮类型,精度等级,材料和齿数
(1)按已知条件,选用直齿圆柱齿轮传动。
(2)此减速器为大功率传动,故采用硬齿面齿轮传动。大小齿轮材料选40Cr,表面淬火,表面硬度为HRC48~55。
(3)因表面淬火,齿轮变形小,不需磨削,故选7级精度。
(4)选小齿轮齿数为Z1=24,则Z2=i2Z1=50.
②按齿面接触疲劳强度设计
设计公式: 2.32×
(1)确定上式中各参数
a.选载荷系数Kt=1.3
b.小齿轮传递扭矩T=14284.04N•m
c.选齿宽系数 =0.9
d.弹性影响系数 =189.8
e.按齿面硬度中间值HRC52,查的大,小齿轮的接触疲劳强度极限为
=1170MPa
f.重合度系数 ,端面重合度
=[1.88-3.32( )]
=[1.88-3.32( )] =1.68
= = =0.88
g.计算应力循环次数
N1= =60×251.7×1×(300×15×8×2)=1.073×109次
N2=1.073×109/2.10=0.51×109次
h.查的接触疲劳寿命系数 =0.90, =0.92
i.计算接触疲劳许用应力:取安全系数S=1,则
=1053MPa
=1076MPa
(2)计算
a.设计公式中代入 中较小的值,得
2.32× =212.3mm
b.计算小齿轮分度圆圆周速度
V= m/s
c.计算齿宽b
=0.9×212.3=191.07mm
d.计算齿宽与齿高之比b/h
模数 =191.07/24=8.85mm
齿高 =2.25×8.85=19.90mm
b/h=191.07/19.90=9.6
e.计算载荷系数
查图表得
所以载荷系数
f.按实际载荷系数修正
=212.3× =234.41mm
g.计算模数m
m=d/z=234.41/24=9.76mm
③按齿根弯曲疲劳强度设计
(1)确定设计公式中的参数
a.查得大,小齿轮的弯曲疲劳强度极限 =680MPa
b.查得弯曲疲劳寿命系数
c.计算弯曲疲劳许用应力
取安全系数S=1.4,则
MPa
MPa
d.计算载荷系数K
1×1.11×1.1×1.37=1.67
e.查得齿形系数
f.查得应力校正系数
g.计算重合度系数
h.计算大,小齿轮 值
所以小齿轮的弯曲强度较弱
(2)计算齿轮模数
设计公式中代入 的较大值,得
综合齿面接触疲劳强度的设计结果和齿根弯曲疲劳强度的设计结果,选取模数的标准值为m=10mm,这时需要修正齿数
,取Z1=24则
④几何尺寸计算
(1)计算分度圆直径
(2)计算中心距
(3)计算齿轮宽度
取b2=216mm,b1=b2+5=221mm
4.2.2.轴的设计与校核
A.高速轴的设计
①选择轴的材料
初选40Cr,查表得
②计算轴径
选择A0=126,
因为选择轴的最小值为102.48mm,所以取稍大点的轴径110mm。综合考虑选用深沟球轴承,轴承的内径为110mm,型号为61822。
③轴的校核
由于轴同时受到弯矩和扭矩,所以按照弯扭合成强度条件计算
a.轴的受力简图(图4.2)
图4.2 高速轴受力分析图
b.受力分析
轴传递的扭矩T=5069.1
齿轮的圆周力
齿轮的径向力
c.计算作用轴上的支反力
垂直平面内支反力
RH1=53648.0N,RH2=13940.0N
水平平面内支反力
RV1=19526.2N,RV2=5073.8N
d.计算弯矩和扭矩,做出弯扭矩图(图4.3)
弯矩 总弯矩
按照第三强度理论计算当量弯矩 ,取 ,算得
e.校核轴的强度
根据轴的结构尺寸和当量弯矩图可知,齿轮与轴的结合面属于危险截面。该截面抗弯截面模量为
33.22MPa 所以合适。
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