【文章內(nèi)容簡介】 齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù) mn大于由齒根彎曲強度計算的模數(shù)， 取 mn=2,已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞算得的分度圓直徑 d1= 來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有 : 11 14c os 011 ???? nmdZ ? ，取 281?Z 大齒輪齒數(shù) ???? ZiZ ，取 Z2=60。 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費 【 8】 。 幾何尺寸計算 1）計算中心距 mmmnZZa s2 2)6028(co s2 )21( 0 ?? ????? ? 將中心距圓整為 91mm。 2）按圓整后的中心距修正螺旋角 2)6028(a r c c o s2 )21(a r c c o s ?? ????? a mnZZ? 因β值改變不多，故參數(shù) HZK??? 等不必修正。計算大、小齒輪的分 度圓直徑 mmmZd n o s 228c o s1 01 ???? ? =58mm mmmZd n o s 260c o s 022 ???? ? =125mm 計算齒輪寬度 mmdb d ???? ? 齒輪的 設(shè)計準(zhǔn)則 齒輪傳動是靠齒與齒的嚙合進行工作的，輪齒是齒輪直接參與工作的部分，所以齒輪的失效主要發(fā)生在輪齒上。主要的失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等 。 齒輪傳動的失效形式不大可能同時發(fā)生，但卻是互相影響的。例如齒面的點蝕會加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會導(dǎo)致輪齒折斷。在一定條件 下，由于上述第 一、二 種失效形式是主要的，因此設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)根據(jù)實際工作條件分析其可能發(fā)生的主要失效形式，以確定相應(yīng)的設(shè)計準(zhǔn)則 。 對于軟齒面 (硬度≤ 350HBS)的閉式齒輪傳動，潤滑條件良好，齒面點蝕將是主要的失效形式，在設(shè)計時，通常按齒面接觸疲勞強度設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 12 對于硬齒面 (硬度 350HBS)的閉式齒輪傳動，抗點蝕能力較強，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計計算時，通常按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計，再按齒面接觸疲勞強度校核。 開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損。但由于磨損的機理比較復(fù)雜， 目前尚無成熟的設(shè)計計算方法，故只能按齒根彎曲疲勞強度作為設(shè)計準(zhǔn)則，為了延長開式、半開式齒輪傳動的壽命，可用增大模數(shù) 10％ 20％的辦法來考慮磨損的影響 【 9】 。 由于本次設(shè)計的推移式割草機的齒輪傳動屬閉式傳動且屬于高速傳動的硬齒面，因此需按 齒根彎曲疲勞強度 作為設(shè)計準(zhǔn)則 。 齒輪的材料選擇及其熱處理 齒輪是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的一種機械傳動零件。齒輪傳動通過輪齒互相嚙合來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力，并可以改變運動的形式和速度。齒輪傳動使用范圍廣，傳動比恒定，效率較高，使用壽命長。在機械零件產(chǎn)品的設(shè)計與制造過程中，不僅要考慮材料的性能能夠適應(yīng)零件的工作條件，使零件經(jīng)久耐用，而且要求材料有較好的加工工藝性能和經(jīng)濟性，以便提高零件的生產(chǎn)率，降低成本，減少消耗。如果齒輪材料選擇不當(dāng)，則會出現(xiàn)零件的過早損傷，甚至失效。因此如何合理地選擇和使用金屬材料是一項十分重要的工作 【 10】 。 為了保證齒輪工作的可靠性，提高其使用壽命，齒輪的材料及其熱處理應(yīng)根據(jù)工作條件和材料的特點來選取 。 對齒輪材料的基本要求是：應(yīng)使齒面具有足夠的硬度和耐磨性，齒心具有足夠的韌性 ，以防止齒面的各種失效，同時應(yīng)具有良好的冷、熱加工的工藝性，以達到齒輪的各種技術(shù)要求 。 鋼制齒輪的熱處理方法主要有以下幾種： 1) 表面淬火 常用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 4 40Cr 鋼等。表面淬火后，齒面硬度一般為 40～ 55HRC。特點是抗疲勞點蝕、抗膠合能力高，耐磨性好。由于齒心部末淬硬，齒輪仍有足夠的韌性，能承受不大的沖擊載荷。 2) 滲碳淬火 常用于低碳鋼和低碳合金鋼，如 20Cr 鋼等。滲碳淬火后齒面硬度可達 56～ 62HRC，而齒心部仍保持較高的韌性，輪齒的執(zhí)彎強度和齒面 接觸強度高，耐磨性較好，常用于受沖擊載荷的重要齒輪傳動。齒輪經(jīng)滲碳淬火后，輪齒變形較大，應(yīng)進行磨齒。 3) 滲氮 滲氮是一種表面化學(xué)熱處理。滲氮后不需要進行其他熱處理，齒面硬度可達 700～ 900HV。由于滲氮處理后的齒輪硬度高，工藝溫度低，變形小，故適用于內(nèi)齒輪和難以磨削的齒輪，常用于含鉻、銅、鉛等合金元素的滲氮鋼，如 38CrMoAlA。 13 4) 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如 4 40Cr、 35SiMn 鋼等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為 220～ 280HBS。因硬度不高，輪齒精加工可 在熱處理后進行。 5) 正火 正火能消除內(nèi)應(yīng)力，細化晶粒，改善力學(xué)性能和切削性能。機械強度要求不高的齒輪可采用中碳鋼正火處理，大直徑的齒輪可采用鑄鋼正火處理 【 11】 。 一般要求的齒輪傳動可采用軟齒面齒輪。為了減小膠合的可能性，并使配對的大小齒輪壽命相當(dāng)，通常使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面硬度高出 3050HBS。 這是因為小齒輪受載荷次數(shù)比大齒輪多，且小齒輪齒根較薄，強度低于大齒輪。為使兩齒輪的輪齒接近等強度，小齒輪的齒面要比大齒輪的齒面硬一些。 對于高速、重載或重要的齒輪傳動，可采用硬齒面齒輪組合，齒 面硬度可大致相同。 綜上所述，選擇大小齒輪材料均為 20CrMnTi，滲碳后淬火處理，強度極限為1100Mpa，屈服極限為 850Mpa，齒芯部硬度為 300HBS。 按 齒根彎曲疲勞強度 進行設(shè)計 齒坯基本參數(shù)的確定： 1）軸交角 ? 與傳動比 i，是根據(jù)齒輪副的傳動要求確定的。 2） 根據(jù)齒輪副所要傳遞的功率、扭矩，利用經(jīng)驗公式或圖表確定小輪外端的節(jié)圓直徑 d 和小輪齒數(shù) z1（不小于 5）。弧齒錐齒輪的外端模數(shù) m 可以根據(jù)公式確定。 3）大輪的齒數(shù) Z=iz1計算后圓整，且大輪與小輪的齒數(shù)之和不小于 90 4）齒面寬 b 的確定。查表，一般選擇為 %30? 外錐距。 5）根據(jù)大輪和小輪的旋轉(zhuǎn)方向確定齒輪的旋向。齒輪的旋轉(zhuǎn)方向是根據(jù)傳動要求確定的，它的選擇要保證齒輪副在嚙合的過程中有互相推開的軸向力。 6）為了保證齒輪副具有一定的重合度，應(yīng)選擇合適的螺旋角，一般選擇位 35 度。可以根據(jù)經(jīng)驗表格來選取適當(dāng)?shù)穆菪?，并可根?jù)公式計算相應(yīng)的重合度。 B 為齒寬，Re為外錐距， R 為中點錐距， Ri為內(nèi)錐距， MF為端面重合度。 ieieF RRbRR1R12bK ????????? ?? （ 3） ?????? ?? 3FeF )(31KPRM ?? tgKtg F （ 4） 7）壓力角的確定。壓力角一般有 1 1 、 、 25 度等，弧齒錐齒輪一般用 20 度。壓力角太小減小了齒輪的強度，并容易發(fā)生根切，但柔性增大；壓力角太大容易使得齒頂變尖，降低重合度。小轎車為了降低噪聲、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，采用小壓力角。載重汽車一般 用大的壓力角，以增大齒輪的強度。 14 8）齒頂高系數(shù)、頂隙系數(shù)與側(cè)隙。查表，一般當(dāng)小輪齒數(shù) ?1z 12 時，齒頂高系數(shù)為 ，頂隙為 ，則工作齒高系數(shù)為 ，全齒高系數(shù)為 。側(cè)隙查表選取。 9）變位系數(shù)的選擇。根據(jù)傳動比與齒輪的齒數(shù)。 參數(shù)確定如下： (1）選用弧齒錐齒輪傳動 。齒輪精度為 8 級 。 (2）計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 由于汽油機的最高轉(zhuǎn)速 n1=6500 r/min，根據(jù)傳動比 i=，則小齒輪的轉(zhuǎn)速為n2=6500/=3050r/min，大齒輪功率近似 P=。 割草機行走車輪設(shè)計 割草機的行走輪由內(nèi)齒輪和輪胎組成。內(nèi)齒輪根據(jù)前面的設(shè)計要求材料選取 45鋼。輪胎在此不僅僅與 內(nèi)齒輪 輪配合，也是 與地面抓合產(chǎn)生動力 的關(guān)鍵所在，因此輪胎的大小尺寸應(yīng)與割草機的整體形狀和尺寸緊緊相連。 輪胎 的外徑是 ? =260mm,而其具體形狀是參照《現(xiàn)代機械設(shè)備設(shè)計手冊》中驅(qū)動輪的形狀尺寸，外圈材料為橡膠。 【 12】 選取外輪直徑： ? =260mm,由公式 n=v/D? 得：外輪的轉(zhuǎn)速 n=48? 103/260? ? 58r/min。 行走輪的具體結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖 3: 圖 3行走輪 Fig 3 Wheel 材料選擇依據(jù)： 45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼 ,硬度不高易切削加工 ,模具中常用來做模板 、 梢子 、 導(dǎo) 15 柱等 ,但須熱處理 。 調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機械性能 ， 廣泛應(yīng)用于各種 重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{(diào)質(zhì)＋表面淬火提高零件表面硬度 。 隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展 ,儀器設(shè)備的功率越來越大 ,轉(zhuǎn)速越來越快 ,振動和噪聲的危害也越來越突出。振動和噪聲不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量和操作精度、縮短產(chǎn)品壽命、危及安全性 ,而且污染環(huán)境，影響人身健康 【 13】 。 因此 ,掌握振動與噪聲控制技術(shù)是各國工業(yè)發(fā)展面臨的重大課題。消除振動和噪聲的有效方法之一是減少振動源的振動和隔離振動的傳遞。目前廣泛使用的方法是利用橡膠材料與骨架材料 (如金屬、纖維、工程塑 料等 )復(fù)合制成的功能裝置或特殊的橡膠粘彈性高阻尼材料來消除振動源的振動沖擊和吸收噪聲。這種橡膠減震功能裝置已廣泛應(yīng)用于飛機、艦船、汽車、火車和建筑工程等方面以及儀器儀表的振動隔離。 橡膠材料減震主要承受壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力矩以及兩種或兩種以上應(yīng)力的復(fù)合作用 ,在保證機車的高速性、舒適性和安全性方面起著重要作用。 5 割草機割草機構(gòu)的設(shè)計 推移式割草機的割草機構(gòu)如圖 4 和 5 所示 圖 4 刀片 Fig 4 blade 16