【正文】 B 的使用讓我掌握了一種新的編程語言，拓寬了我對(duì)編程的認(rèn)識(shí)。 CATIA 系統(tǒng)的圖形功能，對(duì)所研究零件進(jìn)行參數(shù)化定義及三維可視化顯示，使設(shè)計(jì)結(jié)果直觀明了，易于修改和完善，進(jìn)而縮短總體產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造周期。主要的失效形式有輪齒折斷 、齒面點(diǎn)蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等。尤其是脆性材料（鑄鐵、淬火鋼等）制成的齒輪更容易發(fā)生輪齒折斷。 增大齒根過渡圓角半徑、改善材料的力學(xué)性能、降低表面粗糙度以減小應(yīng)力集中，以及對(duì)齒根處進(jìn)行強(qiáng)化處理（如噴丸、滾擠壓）等，均可提高輪齒的抗折斷能力。隨著裂紋的擴(kuò)展，將導(dǎo)致小塊金屬剝落，這種現(xiàn)象稱為齒面點(diǎn)蝕，如圖 22 所示。 點(diǎn)蝕是潤滑良好的閉式齒輪傳動(dòng)常見的失效形式。 提高齒面硬度和降低表面粗糙度值，均可提高齒面的抗點(diǎn)蝕能力。齒面逐漸磨損后，齒面將失去正確的 齒形（圖 23），嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致輪齒過薄而折斷，齒面磨損是開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式。 圖 21 輪齒折斷 圖 22 齒面點(diǎn)蝕 圖 23 齒面磨損 XXXX 大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 在高速重載的齒輪傳動(dòng)中，齒面間的壓力大，溫升高，潤滑效果差，當(dāng)瞬時(shí)溫度過鋯石，將使兩齒面局部熔融、金屬相互粘連，當(dāng)兩齒面作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，粘住的地方被撕破，從而在齒面上沿著滑動(dòng)方向形成帶狀或大面積的傷痕（圖 24），低速重載的傳動(dòng)不易形成油膜，摩擦發(fā)熱雖不大，但也可能因重載而出現(xiàn)冷膠合。 硬度較低的軟齒面齒輪，在低速重載時(shí)，由于齒面壓力過大，在摩擦力作用下，齒面金屬產(chǎn)生塑性流動(dòng)而失去原來的齒形（圖 25） 提高齒面硬度和采用粘度較高的潤滑油，均有助于防止或減輕齒面塑性變形。例如齒面的點(diǎn)蝕會(huì)加劇齒面的磨損，而嚴(yán)重的磨損又會(huì)導(dǎo)致輪齒折斷。因此，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)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(jì)準(zhǔn)則。 對(duì)于硬齒面（硬度 ＞ 350HBS）的閉式齒輪傳動(dòng)，抗點(diǎn)蝕能力較強(qiáng)，輪齒折斷的可能性大，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。但由于磨損的機(jī)理比較復(fù)雜，目前尚無成熟的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。 齒輪常用材料及熱處理 由輪齒失效形式可知，選擇齒輪材料時(shí)，應(yīng)考慮以下要求：輪齒的表面應(yīng)有足夠的硬度和耐磨性，在循環(huán)載荷和沖擊載荷作用下，應(yīng)有足夠的彎曲強(qiáng)度。 制造齒輪的材料主要是各種鋼材，其次是鑄鐵，還有其它非金屬材料。 軟齒面齒輪多經(jīng)調(diào)質(zhì)或正火處理后切齒，常用 4 40Cr 等。 由于在嚙合過程中，小齒輪的輪齒接觸次數(shù)比大齒輪多。為了使大、小齒輪的壽命接近，應(yīng)使小齒輪的齒面硬度比大齒輪的高出 30~50HBS。 二、鑄鐵 由于鑄鐵的抗彎和耐沖擊性能都比較差，因此主要用于制造低速、不重要的開式傳動(dòng)、功率不大的齒輪。 非金屬材料 對(duì)高速、輕載而又要求低噪音的齒輪傳動(dòng)，也可 采用非金屬材料，加夾布膠木、尼龍等。 表 21 常用的齒輪材料、熱處理硬度和應(yīng)用舉例 材 料 牌號(hào) 熱處理方法 硬 度 應(yīng)用舉例 齒 芯 HBS 齒面HRC 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 35 正火 150~180 低速輕載的齒輪或中速中載的大齒輪 45 162~217 50 180~220 45 調(diào)質(zhì) 217~255 合 金 鋼 35SiMn 217~269 40Cr 241~286 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 35 表面淬火 180~210 40~45 高速中載、無劇烈沖擊的齒輪。如汽車、拖拉機(jī)中的重要齒輪 20CrMnTi 56~62 38CrMOAlA 氮化 229 850HV 載荷平穩(wěn)、潤滑良好的齒輪 鑄 鋼 ZG45 正火 163~197 重型機(jī)械中的低速齒輪 ZG55 179~207 球墨鑄 鐵 QT7002 225~305 可用來代替鑄鋼 QT6002 229~302 灰 鑄 鐵 HT250 170~241 低速中載、不受沖擊的齒輪。一般機(jī)械中常用 7~8 級(jí)。根據(jù)誤差特性及它們對(duì)傳動(dòng)性能的影響，齒輪每個(gè)精 度等級(jí)的公差劃分為三個(gè)公差組，即第 I 公差組（影響運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性），第 II 公差組（影響傳動(dòng)平穩(wěn)性），第 III 公差組（影響載荷分布均勻性）。 常用的齒輪精度等級(jí)與圓周速度的關(guān)系及使用范圍見表 22。 二、 齒側(cè)間隙 考慮到齒輪制造以及工作時(shí)輪齒變形和受熱膨脹，同時(shí)為了便于潤滑，需要有一定的齒側(cè)間隙。 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定漸開線圓柱齒輪的齒厚偏差有 C、 D、 E、 F、 G、 H、 J、 K、 L、M、 N、 P、 R、 S 等 14 種，每種代號(hào)所規(guī)定的齒厚偏差值可查有關(guān)手冊(cè)。例： 8— 7— 7GM GB/T10095— 88 代號(hào)，從左至右表示第 I、 II、 III 公差組精度等級(jí)分別為 8 級(jí)、 7 級(jí)、 7 級(jí)，齒厚上偏差代號(hào)為 G、下偏差代號(hào)為 M。 Fn 在分度圓上可分解為切于分度圓的切向力 Ft 和沿半徑方向并指向輪心的徑向力 Fr 。 設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)主動(dòng)輪傳遞的功率 P1（ KW）及轉(zhuǎn)速 n1(r/min)，由下式求主動(dòng)輪力矩 T1=179。11nP （ N mm） (22) 根據(jù)作用力與反作用力原理， Ft1=Ft2， Ft1 是主動(dòng)輪上的工作阻力，故其方向與主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向相反， Ft2 是從動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力，其方向與從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)向相同。 二、載荷與載荷系數(shù) 由上述求得的法向力 Fn 為理想狀況下的名義載荷。其計(jì)算公式為 a) b) 圖 26 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的受力分析 ??????? XXXX 大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 nnc KFF ? (23) 式中： K 為載荷系數(shù)，見表 23。計(jì)算時(shí)設(shè)全部載荷由一對(duì)齒承擔(dān)，且載荷作用于齒頂，將輪齒看作懸臂梁，其危險(xiǎn)截面可用 30o切線法確定，即作與輪齒對(duì)稱中心線成 30o夾角并與齒根過渡曲線相切的兩條直線，連接兩切點(diǎn)的截面即為齒根的危險(xiǎn)截面 ，如圖 27所示。 表 24 齒寬系數(shù) d? =b/d1 齒 輪 相 對(duì) 軸 承 位 置 齒 面 硬 度 ≤ 350HBS ＞ 350HBS 對(duì) 稱 布 置 ~ ~ 非 對(duì) 稱 布 置 ~ 1. 2 ~ 懸 臂 布 置 ~ ~ 圖 27 危險(xiǎn)截面位置及應(yīng)力 XXXX 大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 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 ?H?ubd uKTZZ HE 211 )1(2 ?≤ ? ?H? 或 ?H?uduKTZZ dHE 311 )1(2 ? ?≤ ? ?H? (26) 將上式變換得齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 d1≥ ? ?3 21 12uuZZKT H HEd ????????? ?? (27) 式中：“177。 圖 28 外齒輪齒形系數(shù) YFS XXXX 大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 表 25 齒輪材料彈性系數(shù) ZE （ 2mmN ） 大齒輪材料 小齒輪材料 鋼 鑄 鋼 鑄 鐵 球 墨 鑄 鐵 鋼 189． 8 188． 9 165． 4 181． 4 鑄 鋼 188． 9 188． 0 161． 4 180． 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)Ψ d。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 [σ F]=FFSlim? YN (28) 接觸疲勞許用應(yīng)力為 [σ H]= HHSlim? ZN (29) 式中： σ Flim 為齒輪單向受載時(shí)的彎曲疲勞極限， 查圖 29； σ Hlim 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），應(yīng)將圖中查得數(shù)值乘以 ； 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 21 212，圖中橫坐標(biāo)為應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N，按下式計(jì)算： hnjLN 60? 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)； hL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)書中的例題來設(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)算過程和結(jié)果如下表所示： 計(jì) 算 與 說 明 結(jié) 果 。該齒輪傳動(dòng)無特殊要求，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。 106179。 106179。 750179。 10179。 8=179。 108 由圖 212 得接觸疲 勞壽命系數(shù) ZN1=1， ZN2=（ 01 NN? ， N0=109） 按一般可靠性要求，取 HS =1 則 ][ 1H? ??? 1 1600 600 MPa ][ 2H? =1 ?=594 MPa 取 ][H? =594 MPa (4) 計(jì)算小齒輪分度圓直 徑 d1。 d1=50mm 8 級(jí)精度合適 4．確定主要參數(shù)。取 z1=20，則 z2=z1i =20179。 m=d1/z1=50/20= 正好是標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)第二系列上的數(shù)值。 =50mm d2=z2m=80179。 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 XXXX 大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 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： ???????? 11a / 2 = / = dTF) c o s / ( c o s=F F tFF c o stgFFtntngtntr????? (210) 式中： ? 為分度圓螺旋角； n? 為法向壓力角，標(biāo)準(zhǔn)齒輪 n? =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、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： σ H =ubd uKTZZZ HE 211 )1(2 ???ubduKT 211 )1(650 ? ≤ ? ?H? (213) 或 d1 ≥ ? ?3 12 1650uuKTdH ????????? ?? (214) 式中 : ?Z 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XXXX 大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)