【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 論，也是齒輪參數(shù)化造型的基礎(chǔ)理論依據(jù)，對(duì)齒輪建模和系統(tǒng)設(shè)計(jì)起著指導(dǎo)性作用。另外，研究國(guó)內(nèi)外齒輪 CAD 參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展?fàn)顩r，可以借鑒前人的研究成果，對(duì)齒輪的參數(shù)化研究有一定的知道意義。齒輪傳動(dòng)的精確性隨著優(yōu)化設(shè)計(jì)和 CAD 技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的飛快發(fā)展，在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面普遍進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。這樣他們?cè)谧粉櫴袌?chǎng)、縮短技術(shù)準(zhǔn)備周期，保證產(chǎn)品性能方面占了很大優(yōu)勢(shì)。目前，市場(chǎng)上有很多關(guān)于齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，但是都或多或少存在著不完整的地方。例如，有的軟件只具有幾何參數(shù)化功能，后來(lái)即使實(shí)現(xiàn)了齒輪造型的功能，模型確非常粗糙，甚至是實(shí)用圓弧等簡(jiǎn)單曲線(xiàn)代替漸開(kāi)線(xiàn)對(duì)齒廓曲線(xiàn)進(jìn)行造型，不能很好的表達(dá)漸開(kāi)線(xiàn)齒廓的幾何特性；還有一些軟件沒(méi)有充分的注重設(shè)計(jì)者的主觀(guān)能動(dòng)性。表現(xiàn)在：一些經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的選取直接采用了系統(tǒng)默認(rèn)值，當(dāng)輸入的唯一初始值時(shí)，只能設(shè)計(jì)出唯一的結(jié)果；少數(shù)單位也開(kāi)發(fā)了較為完整的齒輪設(shè)計(jì)軟件，雖然比較適于生產(chǎn)實(shí)際的需要，價(jià)格卻很高。因此在生產(chǎn)實(shí)際中，很多設(shè)計(jì)人員為了在特定的要求下進(jìn)行齒輪的設(shè)計(jì)和造型看，仍然使用手動(dòng)設(shè)計(jì)這一古老的方法，這種方法工作量大、效率很低、容易出錯(cuò)。關(guān)于齒輪零件參數(shù)化三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者進(jìn)行了研究，李新華以 VBA 作為開(kāi)發(fā)工具，根據(jù)特征參數(shù)化造型思想，開(kāi)發(fā)出了特征的參數(shù)化齒輪系統(tǒng)生成模塊，提高了繪圖效率。王穗選用大型軟件 DEAS 作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)選擇齒輪各部件有關(guān)的基本結(jié)構(gòu)形式參數(shù)和主要的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)建立起各零件及子系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型庫(kù)等。 在現(xiàn)代工業(yè)中，齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最為廣泛的一種傳動(dòng)方式。為了保證，在齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)中，對(duì)齒輪的精確建模顯得尤為重要，如何提高和保證齒輪傳動(dòng)的精確性是目前齒輪建模研究領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。目前，齒輪建模方法有很多，如描點(diǎn)法，參數(shù)法，利用插件法等各種方法。（1）描點(diǎn)法描點(diǎn)法是構(gòu)建齒輪參數(shù)化模型通用的方法，其建模過(guò)程一般為：首先建立齒廓曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)模型，求取曲線(xiàn)上點(diǎn)的坐標(biāo)，然后根據(jù)坐標(biāo)值描繪出齒廓曲線(xiàn)草圖，最后通過(guò)各種三維建模軟件的三維建模功能建立齒輪的三維模型。它可以推廣至各種不同齒廓曲線(xiàn)齒輪的建模，只要建立相應(yīng)的齒廓曲線(xiàn)的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算軟件求得一系列離散點(diǎn)的坐標(biāo)值，在三維造型軟件中描點(diǎn)繪出齒廓曲線(xiàn)草圖后，進(jìn)行拉伸或者切除等命令即可得到齒輪的三維模型。其建模過(guò)程比較繁瑣，但只要建立精確的數(shù)學(xué)模型，多取些型值點(diǎn)就可以獲得較高的曲線(xiàn)精度，從而提高三維建模的精度。（2）參數(shù)法參數(shù)法是利用描點(diǎn)法中論述的相應(yīng)的齒廓曲線(xiàn)算法編寫(xiě)程序，建立一個(gè)通用的齒輪模板文件。在進(jìn)行齒輪建模時(shí)只需調(diào)用相應(yīng)的模板文件，通過(guò)修改相應(yīng)參數(shù)，自動(dòng)生成所需的齒輪模型。此種建模方法因模板文件已將描點(diǎn)法中的分析曲線(xiàn)，建立數(shù)學(xué)模型，計(jì)算型值點(diǎn)坐標(biāo)等過(guò)程編寫(xiě)成程序內(nèi)置，故其界面比較簡(jiǎn)單。對(duì)于常用的標(biāo)準(zhǔn)齒輪建模，只要精度要求不是很高，采用這種方面很方便，用戶(hù)只需輸入?yún)?shù)，就可方便迅速地建立所需的齒輪模型。（3）利用插件法利用插件法是一種非常便捷的齒輪建模方法?，F(xiàn)在的三維建模軟件，大多提供了豐富的數(shù)據(jù)接口，目前市場(chǎng)上有很多發(fā)展成熟的第三方插件可供選用，以 GearTrax 為例，其功能強(qiáng)大且易學(xué)易用，用戶(hù)只需打開(kāi)其界面，在 GearTrax 中選定齒輪參數(shù)后，點(diǎn)擊“繪制” ，即可完成齒廓曲線(xiàn)的繪制。然后在各種不同的三維建模軟件中通過(guò)拉伸、切除特征等一系列操作，即可得到相應(yīng)齒輪的三 ee5維模型。 電動(dòng)機(jī)選擇（倒數(shù)第三頁(yè)里有東東） 選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 選擇電動(dòng)機(jī)容量電動(dòng)機(jī)所需工作功率為：；?wdP?工作機(jī)所需功率 為：wP；10FvPw?傳動(dòng)裝置的總效率為： ee6；4321??傳動(dòng)滾筒 ??滾動(dòng)軸承效率 2閉式齒輪傳動(dòng)效率 聯(lián)軸器效率 4代入數(shù)值得： .. ?????所需電動(dòng)機(jī)功率為： kWFvPd .略大于 即可。?d選用同步轉(zhuǎn)速 1460r/min ；4 級(jí) ；型號(hào) 11kW 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取滾筒直徑 mD50?in/???（1）總傳動(dòng)比 ?wmni(2)分配動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比取兩級(jí)圓柱齒輪減速器高速級(jí)傳動(dòng)比 ?ii則低速級(jí)的傳動(dòng)比 電機(jī)端蓋組裝 CAD 截圖 ee7 圖 電機(jī)端蓋 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 電動(dòng)機(jī)軸 mNrkWnPTpmd?? 高速軸 mNrkWnpTmd ????? 中間軸 ee8mNrr kWnpTi ????????? 低速軸 mNrkWnpTi ????????? 滾筒軸 mNr kWnpTi ??????? ee9 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)1按傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。2絞車(chē)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級(jí)精度（GB 1009588） 。3材料選擇。由表 101 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280 HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240 HBS，二者材料硬度差為 40 HBS。4選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) 。取241?z ??z 972?z5 初選螺旋角。初選螺旋角 ??1? 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由《機(jī)械設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)計(jì)算公式（1021）進(jìn)行試算，即 ??30112HEdtt ZTK??????? 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù) 1。6.?tk（2）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1030 選取區(qū)域系數(shù) 。?hz（3）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1026 查得 ， ，??70?。?????（4）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 mNnpT . 4511 ?????（5）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 107 選取齒寬系數(shù) ?d?（6）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 106 查得材料的彈性影響系數(shù) （7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1021d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 。MPaH01lim?? H502lim?13 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 91 ????（9）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖（1019）取接觸疲勞壽命系數(shù) 。?HNK 。.02?HNK ee10（10）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式（1012）得?? ????.（11）許用接觸應(yīng)力???????? 計(jì)算（1）試算小齒輪分度圓直徑 dt1= = =4??0321tHEtdKTZ?????????.??（2）計(jì)算圓周速度 v0smnt /??????（3）計(jì)算齒寬及模數(shù) 1?= =2mm?tnt121cs6.???h= 2=（4）計(jì)算縱向重合度 1 24 tan =????????4（5）計(jì)算載荷系數(shù) K。已知使用系數(shù) 根據(jù) v= m/s,7 級(jí)精度，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 108,A查得動(dòng)載系數(shù) 。.v由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 104 查得 的值與齒輪的相同，故H? 。?KH?由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1013 查得 ?fK由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 103 查得 .故載荷系數(shù)4??1 =????HVAK?（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（1010a）得 ee11?31Kdtt ????（7）計(jì)算模數(shù) zmn1cos?..024cos.? 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式（1017 ） ??321cos?????FSadn YzTK??? 確定計(jì)算參數(shù)（1）計(jì)算載荷系數(shù)。 =????.?（2）根據(jù)縱向重合度 ，從《機(jī)械設(shè)計(jì) 》第八版圖 1028 查得螺旋90?角影響系數(shù) ?（3）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)。 ???zV ?v（4）查齒形系數(shù)。由表 105 查得 。?YFaFa（5）查取應(yīng)力校正系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 105 查得 。?SaSa（6）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1024c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ；大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限 ；MPaFE01??MPFE3802?（7）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖 1018 取彎曲疲勞壽命系數(shù) ，?KFN；（8）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù) S＝ ,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版式（1012）得 ee12??..52211 ?????（9）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較。??YSa?????FYSa=?Sa2 .由此可知大齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計(jì)計(jì)算 mmmmn * 323224 97)(cos ????????對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù) 大于由齒面齒根彎曲疲n勞強(qiáng)度計(jì)算 的法面模數(shù)，取 2，已可滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度。但為了同時(shí)滿(mǎn)足接觸疲勞強(qiáng)?n度，需按接觸疲勞強(qiáng)度得的分度圓直徑 來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù)。???dzn?取 ，則 取 271 ?z。092?z 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算中心距a= ??mmzn )07(cos21 ??????將中以距圓整為 141mm. ee13 按圓整后的中心距修正螺旋角 ??????? )97(arcos2)(arcos1mzn?因 值改變不多，故參數(shù) 、 、 等不必修正。??k?ZH 計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑 ????? 計(jì)算齒輪寬度 ????圓整后取 .B1。2低速級(jí)取 m=3。 。30z由 ?i ?874???bd9013??圓整后取 mB5,34? ee14表 1 高速級(jí)齒輪：計(jì) 算 公 式名　　稱(chēng)代號(hào) 　　　小齒輪 大齒輪模數(shù) m 2 2壓力角 ?20 20分度圓直徑d =2 27=54zm1??=2 109=218zdm2??齒頂高 ha 12?haa齒根高 f )()(1 ??cff齒全高 h a*2??齒頂圓直徑 da*1()aamz??mhzdaa)2(*2?表 2 低速級(jí)齒輪：計(jì) 算 公 式名　　稱(chēng)代號(hào) 　　　小齒輪 大齒輪模數(shù) m 3 3壓力角 ?20 20分度圓直徑d =3 27=54zm1??=2 109=218zdm2??齒頂高 ha 21aah?齒根高 f )()(1 ??cff齒全高 h a*2??齒頂圓直徑 da*1()aamz??mhzdaa)2(*2? ee154.　軸的設(shè)計(jì) 低速軸 求輸出軸上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩p3n3T3 若取每級(jí)齒輪的傳動(dòng)的效率,則 mNrkWnpTi ????????? 求作用在齒輪上的力因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 mmzd4014???NNFTtantrt ????????圓周力 ,徑向力 及軸向力 的t rFa 初步確定軸的最小直徑 45 鋼,《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表 153,取 ,于是得120? ????輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 .為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸d12器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào).聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 , 查表考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小,