錐齒輪傳動設(shè)計與計算經(jīng)驗

錐齒輪（傘齒輪）傳動設(shè)計涉及復(fù)雜的幾何關(guān)系與力學(xué)分析，需結(jié)合理論公式與工程經(jīng)驗。以下是系統(tǒng)化的設(shè)計與計算流程，結(jié)合關(guān)鍵參數(shù)和實(shí)際應(yīng)用注意事項：1.確定設(shè)計功率、轉(zhuǎn)速和傳動比（1）設(shè)計功率：根據(jù)工作機(jī)的負(fù)載和原動機(jī)的功率，考慮工作情況系數(shù)（如工作時間、沖擊載荷等）來確定計算功率Pc。工作情況系數(shù)K可根據(jù)工作機(jī)的類型和原動機(jī)的特性從相關(guān)設(shè)計手冊中查取，Pc=K×P，其中P為原動機(jī)的額定功率。（2）轉(zhuǎn)速：明確輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速n1和n2，通常原動機(jī)的轉(zhuǎn)速是已知的，根據(jù)傳動比i來確定輸出軸轉(zhuǎn)速n2=in1。（3）傳動比：根據(jù)實(shí)際的傳動要求確定傳動比i，一般單級錐齒輪傳動比i不宜超過6到8。（4）工作環(huán)境:載荷特性、潤滑條件、安裝空間限制等。2.選擇齒輪材料和熱處理方式常用的齒輪材料有中碳鋼（如45鋼）、中碳合金鋼（如40Cr等）。對于重要的傳動，可采用滲碳淬火的低碳合金鋼（如20CrMnTi等）。不同的材料和熱處理方式會影響齒輪的許用應(yīng)力和承載能力。例如，45鋼調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度一般為220-250HBW，40Cr調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度稍高，而20CrMnTi滲碳淬火后齒面硬度可達(dá)58-62HRC。3.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計錐齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計算公式為：d1m≥[(KT1/ψR(1-0.5ψR)2·ZE2ZH2Zε2/σH2]1/3其中：d1m為小齒輪齒寬中點(diǎn)的分度圓直徑；K為載荷系數(shù)，包括使用系數(shù)KA、動載系數(shù)Kv、齒間載荷分配系數(shù)Kα和齒向載荷分布系數(shù)Kβ，K=KAKvKαKβ，各系數(shù)可從設(shè)計手冊中查取；T1為小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，T1=9.55×106Pc/n1（Pc功率，單位為kW，n1轉(zhuǎn)速，單位為r/min）；ψR為齒寬系數(shù)，一般取ψR=0.2-0.3；ZE為彈性系數(shù)，與齒輪材料的彈性模量和泊松比有關(guān)，對于鋼-鋼材料組合，ZE=189.8（MPa)1/2；ZH為節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，與齒輪的壓力角和齒數(shù)比有關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)壓力角α=20°時，ZH可根據(jù)齒數(shù)比查取，（直齒≈2.5，螺旋齒≈2.2~2.4）；Zε為重合度系數(shù)（一般取0.85~0.95）；σH為許用接觸應(yīng)力，[σH]=σHlim/SH，σHlim為接觸疲勞極限，可從設(shè)計手冊中查取，SH為接觸疲勞安全系數(shù)，一般取SH=1.0-1.3。計算出d1m后，可根據(jù)d1m=d1(1-0.5ψR)計算小齒輪的大端分度圓直徑d1，進(jìn)而確定其他幾何尺寸。4.幾何尺寸計算分度圓直徑：d1=mz1，d2=mz2，其中

m

為大端模數(shù)，z1和

z2分別為小齒輪和大齒輪的齒數(shù)。齒數(shù)選擇：一般小齒輪齒數(shù)z1取17-30，為了使兩輪齒的彎曲強(qiáng)度接近，齒數(shù)比

u=z2/z1=i。模數(shù)計算：由

d1計算出大端模數(shù)

m=d1/z1，并將其圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。錐距：R=1/2（d12+d22)1/2。齒寬：b=ψRR。分度圓錐角：δ1=arctan（z1/z2），δ2=90°-δ1。齒頂高：ha=ha*m，ha*為齒頂高系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)值ha*=1。齒根高：hf=(ha*+c*)m，c*為頂隙系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)值c*=0.2。齒頂圓直徑：da1=d1+2hacosδ1)，da2=d2+2hacosδ2。5.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核錐齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的計算公式為：σF=KT1/bd1m·YFYSYε/(1-0.5ψR)≤[σF]其中：YF為齒形系數(shù)，與齒數(shù)有關(guān)，可從設(shè)計手冊中查??；YS為應(yīng)力修正系數(shù)，也與齒數(shù)有關(guān)，可從設(shè)計手冊中查取；Yε為重合度系數(shù)（與接觸校核類似）；[σF]為許用彎曲應(yīng)力，[σF]=σFlim/SF，σFlim為彎曲疲勞極限，可從設(shè)計手冊中查取，SF為彎曲疲勞安全系數(shù)，一般取SF=1.2-1.5。如果計算得到的σF小于等于[σF]，則彎曲強(qiáng)度滿足要求；否則，需要調(diào)整設(shè)計參數(shù)（如增大模數(shù)、增加齒數(shù)等）重新進(jìn)行計算。6.計算齒輪的圓周速度并確定精度等級小齒輪齒寬中點(diǎn)的圓周速度vm=πd1mn1/60×1000。根據(jù)圓周速度vm和傳動的要求，從齒輪精度標(biāo)準(zhǔn)（如GB/T10095-2008）中選擇合適的精度等級，常用的精度等級為6-9級。7.進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)齒輪的尺寸和工作要求，設(shè)計齒輪的結(jié)構(gòu)，如實(shí)心式、腹板式、輪輻式等。對于直徑較小的齒輪（齒頂圓直徑da≤160mm），可采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)；對于直徑較大的齒輪，可采用腹板式或輪輻式結(jié)構(gòu)。8.設(shè)計優(yōu)化與工程實(shí)踐（1）螺旋錐齒輪的優(yōu)勢齒面接觸更平順，承載能力較直齒提高30%~50%；推薦采用格里森制（Gleason）或奧利康制（Oerlikon）齒形。（2）安裝與調(diào)試要點(diǎn)軸向定位：通過調(diào)整墊片控制齒輪副嚙合間隙（一般0.1~0.3mm）；接觸斑點(diǎn)檢驗：空載時接觸區(qū)應(yīng)居中，滿載時擴(kuò)展至齒面80%以上。（3）潤滑與失效預(yù)防潤滑油選擇：ISOVG150~320（根據(jù)工況溫度與載荷）；常見失效模式：點(diǎn)蝕（接觸疲勞）、斷齒（過載或裝配不良）。9.常見問題解答Q1：齒寬系數(shù)ψR為何不能超過0.35？答：齒寬過大易導(dǎo)致制造誤差敏感，且大端與小端齒厚差異顯著