【正文】 例 8－ 3] 設(shè)計小型航空發(fā)動機中的一斜齒圓柱齒輪傳動，已知 P1＝ 130 kw，n1＝ 11640 r/min， z1＝ 23， Z2=73，壽命 L h＝ 100 h，小齒輪作懸臂布臵（如圖 10－ 14中的 1所示），工作情況系數(shù) KA＝ 。 解： 1．選擇材料、精度及參數(shù) （ l）選取齒輪的材料、熱處理方法及齒面硬度。考慮到此齒輪傳動傳遞功率大，且又使用在航空發(fā)動機中，所以采用閉式傳動，且大、小齒輪均選用硬齒面。由表 10－ 1選得大、小齒輪的材料均為 18CrMnTi 合金鋼，并摻碳、表面淬火，齒面硬度為 HRC 55～ 60 。 （ 2）選取精度等級。因采用表面淬火，輪齒變形不大，查表 10－ 7，選用 8 級精度（ JB179 － 83）。 （ 3）計算齒數(shù)比： u＝ Z2/Z1＝ 73／ 23＝ 3． 17 （ 4）初選螺旋角 ?=11? 2．按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 設(shè)計公式為 （ 1）確定公式內(nèi)各參數(shù)值：初選 Kt＝ 由圖 10— 28 查得 ?a1＝ 0． 78， ?a2 ＝ ，則 ?a＝ ?a1 +?a2= 0． 78+= 計算轉(zhuǎn)矩 因大、小齒輪皆為硬齒面，小齒輪作懸臂布臵，由表 10－ 5，查得?d=～ ，選取 ?d= 選取區(qū)域系數(shù)。由圖 10－ 32，選取 ZH＝ 2． 46 。 選取彈性影響系數(shù)。由表 10－ 4，選取 ［鍛鋼對鍛鋼］ 查取大、小齒輪的接觸疲勞極限。由圖 10－ 23，查得 ? H1lin= 1500 MPa＝ ? H2lin ［按齒面硬度 HRC＝ 60計 ]。 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 查取壽命系數(shù)。由圖 10－ 21查得， K HN1＝ 1． 02， K HN1 ＝ 1． 07［不允許出現(xiàn)點蝕，使用曲線 2? 。 選取疲勞強度安全系數(shù) S＝ l 計算接觸疲勞許用應(yīng)力： （ 2）計算： 計算小齒輪分度圓直徑 d 1t： 計算圓周速度 : 計算載荷系數(shù) 由已知條件得， KA=；按 查圖 10－ 8 （ b）得， KV=1． 37；由圖 10－ 14查得， K H?＝ 1． 5；由圖 10－ 10，查得 K HA＝ 1． 08。則 與初選 K t相差較大，故對 K1t修正 計算法面模數(shù)： 3．按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 設(shè)計公式為 （ l）確定公式中各參數(shù)值： 計算載荷系數(shù)：由圖 10－ 14查得 K F ?=1． 9；由下式計算出 K F a即 計算縱向重合度 ? ?，查取螺旋角影響系數(shù) Y ? ： 查圖 10－ 30，得 Y ? ＝ 0． 94 計算當(dāng)量齒數(shù)： 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)：由表 10－ 3查得 查取彎曲疲勞強度極限和壽命系數(shù)。由圖 10－ 22查得， ? F1lin＝ ? F2lin ＝ 900MPa：查圖 10— 20得， K FN1＝ K FN2 ＝ 1。 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù) S＝ 1． 4，則 計算 Y F a Y Sa / [?] F值并加以比較： （ 2）計算： 計算法面模數(shù) 對比計算結(jié)果，由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)大于由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)，故取 m n ＝ 2． 4mm。 將法面模數(shù)圓整為 m n＝ 計算中心距： 圓整 a ＝ 122 mm。按圓整后的中心距計算螺旋角： ?值變化不大，故參數(shù)。 ?a、 Ka、 ZH不必修正 計算分度圓直徑： 計算齒輪寬度： 圓整，取 ?2=30mm,?1=35mm 4．結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計從略。 8－ 96 校核一對直齒圓錐齒輪傳動所能傳遞的最大功率 p1。已知： z1=18， z2＝36, m＝ 2 mm， b＝ 13mm， n1＝ 930 r／ min；由電動機驅(qū)動，單向轉(zhuǎn)動，載荷平穩(wěn)，工作壽命為 24000h；齒輪材料均為 45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)， HBS1＝ 260，大齒輪?；?， HBS2＝ 210，制造精度等級為 8級，小齒輪懸臂布臵。 解： 1．傳動參數(shù)及幾何尺寸計算 （ 1）齒數(shù)比： （ 2）分度圓錐角： （ 3）大端分度圓直徑： （ 4）錐距： （ 5）齒寬系數(shù)： （ 6）平均分度圓直徑： （ 7）全齒高： （ 8）當(dāng)量齒數(shù)： 2．接接觸疲勞強度計算所傳遞的功率 （ 1）確定載荷系數(shù)。因載荷平穩(wěn)，查表 10－ 2， KA＝ 1。 因： 可用公式 計算得 查圖 10－ 15， K H?=1。 12則 （ 2）確定許用接觸應(yīng)力； 計算接觸疲勞強度極限： 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 查圖 10－ 21，取 KHN1=KHN2=1，取 S=1 計算許用應(yīng)力： 確定彈性影響系數(shù)：查表 10－ 4，取 確定區(qū)域系數(shù)：取 ZH＝ 2． （ 3）計算傳遞扭矩與功率。由校核式 變換為 3．按彎曲疲勞強度計算所傳遞的功率 （ 1）確定載荷系數(shù)。查圖 10－ 15， K F?＝ 1． 15，則 （ 3）確定許用彎曲應(yīng)力： 計算極限應(yīng)力： 確定壽命系數(shù)。查圖 10－ 2O，取 K FN1=K FN2=1，取疲勞強度安全系數(shù) S F1=S F2=1。 5 計算許用彎曲應(yīng)力： （ 4）計算傳遞扭矩和功率： （ 2）確定齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)。查表 10－ 3得， Y Fa1=、 YSa1=、 Y Fa1=、 Y Sa1= 可變換為 按最小傳遞功率計，所以此直齒圓錐齒輪傳動所能傳遞的功率為0． 4523 kw。 應(yīng)按大齒輪計算 T1 和 P1；由校核式 8－ 97 齒輪承載能力計算時，為何不直接用名義工作載荷，而用計算載荷？ 答：由于齒輪在工作時受有原動機及工作機性能的影響而產(chǎn)生附加動載荷；又因制造、安裝誤差及零件變形，使載荷在齒對間和沿齒面的分布不均勻；致使齒輪的輪齒單位齒寬上的載荷比名義工作載荷要大。若按名義載荷來計算是不安全的，用計算載荷來計算才符合實際情況。 8－ 98 試分析齒輪的誤差對齒輪強度的影響。 答：齒輪的誤差對齒輪強度的影響，主要反映在以下幾個方面： （ 1）由于齒輪的誤差，在工作過程中產(chǎn)生附加動載荷，產(chǎn)生沖擊與振動。 （ 2）由于齒輪的誤差，使嚙合齒對間的載荷分配不均勻，甚至有時在嚙合區(qū)內(nèi)只有一對齒來承受載荷。 （ 3）使載荷沿齒面接觸線分布不均勻，造成偏載。 8－ 99 齒輪傳動的外部附加動載荷與內(nèi)部附加動載荷有何區(qū)別？受哪些影響？減輕它們的措施有哪些？ 答：在齒輪傳動中，由齒輪副以外部分引起的，并作用于齒輪上的附加動載荷稱為外部附加動載荷。它與工作機和原動機的性能有關(guān)，也與原動機、工作機、齒輪傳動之間的聯(lián)接和機械系統(tǒng)的剛性有關(guān)。 內(nèi)部附加動載荷是齒輪傳動本身因素引起的附加動載荷。主要因為齒輪的制造誤差、安裝誤差、支承系統(tǒng)的變形等使齒輪瞬時實際嚙合狀態(tài)偏離理論嚙合狀態(tài)，使瞬時傳動比不是常數(shù)，而產(chǎn)生沖擊和振動；內(nèi)部附加動載荷的大小還和齒輪傳動的系統(tǒng)的質(zhì)量、速度、剛度、載荷大小、材料性質(zhì)等有關(guān)。 在原動機、工作機已確定的情況下，減小外部附加動載荷的關(guān)鍵在于正確設(shè)計和安裝整個機器。減少內(nèi)部附加動載荷的關(guān)鍵是根據(jù)要求正確選擇齒輪的參數(shù)和精度，正確設(shè)計傳動裝臵（包括齒輪、軸、軸承等）。 8－ 100 齒形系數(shù) Y Fa的物理意義和影響因素是什么？ 答： Y Fa是輪齒的幾何形狀對輪齒抗彎能力的影響系數(shù)，它是個無量鋼數(shù)，其大小與齒的形狀有關(guān)，而與齒的大小無關(guān)。 Y Fa越小，輪齒的抗彎能力越高（彎曲強度越高）。 影響 Y Fa的因素有：壓力角 a、單位模數(shù)下的齒高和齒根危險截面厚度，因此也就和齒數(shù) Z和變位系數(shù)有關(guān)（上述壓力角 a是指分度圓壓力角和齒頂壓力角）。 8－ 101 端面重合度 ?a對齒根彎曲應(yīng)力和齒面接觸應(yīng)力有何影響 答：端面重合度對齒輪強度的影響主要反映在兩方面。 （ l）影響載荷在齒對間的分配狀況，影響單齒對作用區(qū)和雙齒對作用區(qū)的作用時間的長短。這即直接影響到齒輪的強度。 （ 2） ?a 不同，最大載荷作用的位臵也不同。對彎曲應(yīng)力影響其彎曲力臂；對接觸應(yīng)力影響其綜合曲率（接觸點的位臵）。若齒輪的精度能得以保證，增加 ?a有利于提高強度。 8－ 102 提高齒輪輪齒的抗彎能力和齒面抗點蝕能力有哪些技術(shù)措施？ 答：在選定齒輪材料的情況下，輪齒的齒根彎曲疲勞強度主要決定于受拉側(cè)的極限應(yīng)力，因此可采用以下措施： （ l）用噴丸等方法，產(chǎn)生齒根殘余壓應(yīng)力，使它與受拉側(cè)的工作拉應(yīng)力抵消一部分。 （ 2）減小齒根圓角的表面粗糙度來減小應(yīng)力集中。 （ 3）適當(dāng)采用較大模數(shù)。 （ 4）采用適當(dāng)變位方法加大齒根厚度。 （ 3）選擇適當(dāng)?shù)臒崽幚矸椒ㄒ栽鰪婟X面硬度，并使大、小齒輪有適當(dāng)?shù)挠捕炔睢? （ 4）正確地選用潤滑劑和方式，保證良好潤滑。 8－ 103 閉式齒輪傳動的失效形式有哪些？開式傳動又如何？在設(shè)計時有何不同特點？ 答：在設(shè)計正確、良好潤滑的情況下，閉式齒輪傳動的主要失效形式是點蝕，也會發(fā)生疲勞斷齒、塑性變形和脆性斷齒、膠合和磨損，所以對閉式齒輪傳動應(yīng)同時進行彎曲疲勞強度和接觸疲勞強度的計算。開式齒輪傳動可能的失效形式有斷齒、齒面磨損、塑性變形。對于開式齒輪傳動則主要防止斷齒和塑性變形，所以只需進行彎曲疲勞強度計算。 提高齒面接觸強度可采取以下措施 ： （ 1）在結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下，適當(dāng)加大齒輪直徑。 （ 2）選用較好的材料。