【正文】 圖28外齒輪齒形系數(shù)YFS四、齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算是為了防止齒間發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕的一種計(jì)算方法，它的實(shí)質(zhì)是使齒面節(jié)線處所產(chǎn)生的最大接觸應(yīng)力小于齒輪的許用接觸應(yīng)力，齒面接觸應(yīng)力的計(jì)算公式是以彈性力學(xué)中的赫茲公式為依據(jù)的，對(duì)于漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，其齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式為 ≤ 或 ≤ (26)將上式變換得齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 d1≥ (27)式中：“177。表25齒輪材料彈性系數(shù)ZE （） 大齒輪材料小齒輪材料鋼鑄 鋼鑄 鐵球 墨 鑄 鐵鋼189．8188．9165．4181．4鑄 鋼188．9188．0161．4180．5五、設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇及許用應(yīng)力(1)齒數(shù)z。因?yàn)楫?dāng)中心距確定后，齒數(shù)多，則重合度大，可提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。(2)模數(shù)m。(3)齒寬系數(shù)Ψd。但是齒寬越大，載荷分布越不均勻。一般的齒輪傳動(dòng)，其彎曲疲勞許用應(yīng)力為[σF]=YN (28)接觸疲勞許用應(yīng)力為[σH]= ZN (29)式中：σFlim為齒輪單向受載時(shí)的彎曲疲勞極限，查圖29；σHlim為接觸疲勞極限，查圖210，由于實(shí)驗(yàn)齒輪的材質(zhì)、熱處理等性能的差異，實(shí)驗(yàn)值有一定的離散性，故圖示數(shù)據(jù)為中間值；受對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力的齒輪（如惰輪，行星輪），；SF、SH為疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，通常SF=SH =1，對(duì)于損壞后會(huì)引起嚴(yán)重后果的，可取SF=、SH=~；YN、ZN為壽命系數(shù)，用以考慮當(dāng)齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NN0時(shí)，許用應(yīng)力的提高系數(shù)，其值分別查圖21212，圖中橫坐標(biāo)為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N，按下式計(jì)算：式中：n為齒輪轉(zhuǎn)速（r/min）； j為齒輪每轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)；為齒輪在設(shè)計(jì)期限內(nèi)的總工作時(shí)數(shù)，h。下面用機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)中的例題來(lái)設(shè)計(jì)一套標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的數(shù)據(jù)。解：設(shè)計(jì)算過(guò)程和結(jié)果如下表所示：計(jì) 算 與 說(shuō) 明結(jié) 果。該齒輪傳動(dòng)無(wú)特殊要求，為制造方便，采用軟齒面，大小齒輪均用45鋼，小齒輪調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度：229~286HBS，大齒輪正火處理，齒面硬度：169~217HBS。該傳動(dòng)為閉式軟齒面，主要失效形式為疲勞點(diǎn)蝕，故按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。查表24 按齒輪相對(duì)軸承對(duì)稱布置取=, ZH=,查表25得 ZE= 將以上參數(shù)代入下式d1≥ ==取d1=50mm(5)計(jì)算圓周速度 v === 6 m/s，故取8級(jí)精度合適。(1)齒數(shù)。m=d1/z1=50/20= 正好是標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)第二系列上的數(shù)值。 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)a) b)圖213斜齒圓柱齒輪的受力分析一、輪齒的受力分析圖213所示為斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力情況，當(dāng)主動(dòng)齒輪上作用轉(zhuǎn)矩T1時(shí)，若忽略接觸面的摩擦力，齒輪上的法向力Fn作用在垂直于齒面的法向平面，將Fn在分度圓上分解為相互垂直的三個(gè)分力，即圓周力Ft、徑向力Fr 和軸向力Fa、各力的大小為： (210)式中：為分度圓螺旋角；為法向壓力角，標(biāo)準(zhǔn)齒輪=20176。軸向力Fa的方向取決于齒輪的回轉(zhuǎn)方向和輪齒的旋向，可用“主動(dòng)輪左、右手定則”來(lái)判斷。從動(dòng)輪所受軸向力與主動(dòng)輪的大小相等、方向相反（圖213 b）。另外，斜齒圓柱齒輪接觸線較長(zhǎng)、重合度增大，故其計(jì)算公式與直齒輪的公式有所不同。；其他符號(hào)代表的意義、單位及確定方法均與直齒圓柱齒輪相同。一對(duì)鋼制斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的計(jì)算公式如下：σH = ≤ (213) 或 d1 ≥ (214)式中:為螺旋角系數(shù)，考慮螺旋角造成接觸線傾斜而對(duì)接觸強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，；其余各符號(hào)所代表的意義、單位及確定方法均與直齒圓柱齒輪相同。單向工作，單班制工作10年，每年按300天計(jì)算。小齒輪45鋼調(diào)質(zhì)大齒輪45鋼正火 d1 ≥(1)載荷系數(shù)k 按表23 取K=(2)轉(zhuǎn)矩 T1=106=106 = Nmm(3)接觸疲勞許用應(yīng)力 =ZN按齒面硬度中間值查圖210得 =600MPa，=550 MPa應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =609701103008=109 N2=108查圖212得接觸疲勞壽命系數(shù)zN1=zN2 = （N0=109，N1N 0）按一般可靠性要求取SH =1，則 ==600MPa ==594MPa查表24取=； 查表25得 ZE =189. 8。(3)確定模數(shù) mn=d1cos=cos15176。44′26″， 在8 ~ 20176。(6)計(jì)算主要尺寸 分度圓直徑 d1=mn z1 / cos=20 / =d2=mn z2 / cos=92 / =齒寬 b=d1==取 b2=65mm；b1=b2+5mm=70mm。44′26″d1=d2=b2=65mmb1=70mm v1=n1d1 / (601000)=970 / (601000)=，v6 m/s, 故取8級(jí)精度合適8級(jí)齒輪精度合適 =YFS(1)齒形系數(shù)YFS zv1=z1/cosβ=20 / = zv2=z2 / cosβ=92 / =由圖28得YFS1=，YFS2=。如圖214所示主動(dòng)錐齒輪的受力情況，輪齒間的法向作用力Fn可分解為三個(gè)互相垂直的分力：圓周力Ft徑向力Fr1 和軸向力Fa1。徑向力的方向分別指向各自的輪心。根據(jù)作用力與反作用力的原理得主、從動(dòng)輪上三個(gè)分力之間的關(guān)系：Ft1 =－Ft Fr1=－Fa Fa1= － Fr2 ，負(fù)號(hào)表示方向相反。將當(dāng)量齒輪有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，則得圓錐齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式分別為 　　　　　　　≤　 　　　 (217)d1 ≥ (218)式中：ZE為齒輪材料彈性系數(shù)，見(jiàn)表25；ZH為節(jié)點(diǎn)嚙合系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)齒輪正確安裝時(shí)ZH =2三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算將當(dāng)量齒輪有關(guān)參數(shù)代入直齒圓柱齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式，則得圓錐齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為 ≤ (219) m ≥ (220)式中：為齒形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)zv（zv=z/cosδ）由圖28查得；［］為許用彎曲應(yīng)力，確定方法與直齒圓柱齒輪相同。 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)一、 輪齒受力分析法向力可分解為三個(gè)分力：圓周力Ft，軸向力Fa，徑向力Fr，且有如下關(guān)系：Ft1 = Fa2=2T1 / d1Fa1 = Ft2=2T2 / d2 (221)Fr1 = Fr2= Ft2 tanα式中：2分別為作用在蝸桿與蝸輪上的扭矩。但因蝸桿與蝸輪齒面時(shí)間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，所以發(fā)熱量大。其失效形式主要是蝸輪齒面膠合、磨損和點(diǎn)蝕等。這里只給出導(dǎo)出結(jié)果。三、齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算蝸輪輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式為校核公式 σF=2000KT2YFa2d1d2mcosγ≤σF (224)設(shè)計(jì)公式 m2d1≥2000KT2YFa2Z2σFcosγ (225)式中：為蝸輪的齒形系數(shù)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)zv2由圖28查得；［］為蝸輪材料的許用彎曲應(yīng)力，其余符號(hào)的含義同前。在齒輪傳動(dòng)參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊中，采用VB語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具，之所以選擇VB語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具，是因?yàn)镸icrosoft Visual Basic(簡(jiǎn)稱VB)是一種在Windows環(huán)境下的、可視的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，它將Windows編程的復(fù)雜性封裝起來(lái)，使用可視化設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，提高了應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)效率，并且具有功能強(qiáng)大，易學(xué)易用，編程簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)。從任何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，VB都是世界上使用人數(shù)最多的語(yǔ)言——不僅是盛贊VB的開(kāi)發(fā)者還是抱怨VB的開(kāi)發(fā)者的數(shù)量。VB擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)（RAD）系統(tǒng)，可以輕易的使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫(kù)，或者輕松的創(chuàng)建ActiveX控件。Visual Basic ，新的ADO組件讓對(duì)大量數(shù)據(jù)快速訪問(wèn)成為可能。Visual Basic 借助COM/COM+強(qiáng)大的功能，可以開(kāi)發(fā)具有N層結(jié)構(gòu)的分布式應(yīng)用程序。Visual Basic ，但是許多新增的組件成為Visual Basic開(kāi)發(fā)人員手中的利器，如File System Object等。 總之Visual Basic ，能讓企業(yè)快速建立多層的系統(tǒng)以及Web應(yīng)用程序，成為當(dāng)前 Windows 上最流行的 Visual Basic 版本。軟件總體設(shè)計(jì)總流程圖，：首界面齒輪參數(shù)化介紹界面選擇所要設(shè)計(jì)的齒輪類型的界面直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)界面斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)界面蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)界面直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)界面得出設(shè)計(jì)結(jié)果，選擇并記錄所需要的數(shù)據(jù) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程圖整個(gè)軟件的界面介紹和按鈕功能在軟件說(shuō)明書(shū)中有詳細(xì)的說(shuō)明。齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要查閱大量的圖表，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的自動(dòng)化，必須對(duì)圖表作預(yù)處理，使其程序化。對(duì)于線圖，采用直接取值的方法，將所有情況所對(duì)應(yīng)的取值都提前查好，將它們編入程序。 界面設(shè)計(jì)在VB中設(shè)計(jì)應(yīng)用程序界面時(shí)，首先要知道我們要設(shè)置那些參數(shù)在界面上，在本次直齒圓柱齒輪參數(shù)化中要用到的初始參數(shù)有功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比原動(dòng)機(jī)類型，齒輪工作轉(zhuǎn)向，小齒輪支撐方式，工作機(jī)載荷，大小齒輪的材料和熱處理方式。在直齒圓柱齒輪子菜單中還有外嚙合直齒圓柱齒輪，內(nèi)嚙合直齒圓柱齒輪和齒輪齒條三項(xiàng)。當(dāng)點(diǎn)擊齒輪齒條時(shí)，同樣輸入基本參數(shù)點(diǎn)擊計(jì)算就能算出一個(gè)齒輪和齒條的數(shù)據(jù)。然后在Fame1中添加標(biāo)簽框（Label）、文本框（TextBox）、組合框（ComboBox）和命令按鈕（CommandButton）。文本框（TextBox）控件是顯示和輸入文本的主要控件，在這里可以作為輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比，齒數(shù)的數(shù)據(jù)輸入工具。當(dāng)齒輪的某個(gè)工作情況有多個(gè)選項(xiàng)時(shí)就要用到組合框（ComboBox），它可以包含多個(gè)用戶可以選擇的項(xiàng)目，但是占用更少的用戶接口界面空間。在合理的設(shè)置標(biāo)簽框（Label）、文本框（TextBox）、組合框（ComboBox）后設(shè)置兩個(gè)命令按鈕（CommandButton），將一個(gè)命名為計(jì)算，用于控制后臺(tái)計(jì)算程序。同樣的在Frame2中添加標(biāo)簽框，并讓他們顯示小齒輪，大齒輪，齒條，模數(shù)，齒數(shù)，齒寬，分度圓，齒頂圓，齒根圓，中心距，齒條齒高，齒條長(zhǎng)這些信息。創(chuàng)建二維圖是在界面右側(cè)用設(shè)計(jì)結(jié)果中的數(shù)據(jù)來(lái)創(chuàng)建齒輪嚙合的二維圖；三個(gè)創(chuàng)建CATIA圖是用VB二次發(fā)CATIA軟件，讓VB連接CATIA通過(guò)已經(jīng)編好的程序來(lái)自動(dòng)創(chuàng)建CATIA零件三維圖，有關(guān)CATIA二次開(kāi)發(fā)的內(nèi)容會(huì)在第四章節(jié)具體的討論；最后一個(gè)“返回”按鈕是用來(lái)返回上一個(gè)界面，也就是選擇齒輪設(shè)計(jì)類型的界面。圖片框用來(lái)顯示所設(shè)計(jì)齒輪的二維圖框架1中用來(lái)輸入齒輪設(shè)計(jì)的原始參數(shù) 進(jìn)度條框架2中用來(lái)輸出計(jì)算結(jié)果創(chuàng)建圖形命令按鈕 直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)界面 程序設(shè)計(jì)在編程時(shí)首先要知道主要路線是什么樣的，：選擇材料和熱處理方式得出大小齒輪齒面硬度得大小齒輪接觸疲勞極限σHlim1,σHlim2查得安全系數(shù)SH,SF根據(jù)原動(dòng)機(jī)的類型和齒輪的工作情況選擇載荷初選齒寬系數(shù)ψa系數(shù)K計(jì)算大小齒輪許用接觸應(yīng)力，并選擇【σH】為它們的最小值根據(jù)齒面硬度查表得大小齒輪彎曲疲勞極限σFlim1,σFlim2計(jì)算大小齒輪各自許用彎曲應(yīng)力【σF1】,【σF2】計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1計(jì)算中心距a確定小齒輪齒數(shù)z1,并計(jì)算大齒輪齒數(shù)z2根據(jù)大小齒輪齒數(shù)查表得齒形系數(shù)YF1,YF2算傳動(dòng)比誤差Δ≦5%N確定模數(shù)確定大小齒輪的齒寬算出最終齒輪的各個(gè)參數(shù)并輸出校核齒根彎曲強(qiáng)度算出實(shí)際σF1,σF2σF1【σF1】 ；σF2【σF2】NY 主程序流程圖有了主程序流程圖就可以編寫(xiě)主程序了，首先應(yīng)該定義變量，在VB軟件中： 定義變量定義了變量之后就可以編寫(xiě)主程序，本界面的主程序是在命令按鈕“計(jì)算”下完成的，在界面上雙擊命令按鈕“計(jì)算”即可進(jìn)入Command1的單擊事件中。Private Sub Command1_Click()pi = α = 20ha = 1c = p = Val()n1 = Val()u = Val()