标准直齿圆柱齿轮强度可靠度计算实例分析

池大光

摘要：机械产品在设计、生产、使用过程中受各种不确定因素的影响，其质量产生波动，可靠度降低。文章通过在机械设计阶段对标准直齿轮的各设计参数变动的可靠度影响进行计算分析，为提高齿轮的结构、强度和可靠性设计提供准确的数值分析方法和参考依据。

关键词：标准直齿圆柱齿轮；可靠度；设计参数；强度；机械产品；数值分析方法 文献标识码：A

中图分类号：TH132 文章编号：1009-2374（2015）32-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.038

1 参数的确定

此次设计采用的大齿轮模数为25，齿数100，材料为ZG340-640；小齿轮模数为25，齿数为19，材料为40CrMo。大小齿轮中心距为1487.5mm。设计中的计算公式参考GB/T10063-1988。

2 校核计算

2.1 按齿根弯曲强度校核

由下式计算：，确定式中各参数：

为载荷系数，这里：为使用系数，取1；为动载系数，取1.05；为齿间载荷分配系数，查得=1.2；为齿向载荷分配系数，按下式计算：

（结构布局非对称型）

小齿轮宽系数：，代入算得：

大齿轮宽系数：，代入算得：

；

减速器计算最大输出扭矩按钢丝绳最大拉力计算：

已知钢丝绳最大静拉力：

所以减速器传动的最大扭矩为：

式中：折线卷筒半径：R卷筒=0.85m；卷筒效率：η卷筒=0.93；开式齿轮效率：η齿轮=0.93齿轮传动比：。

代入上式计算得：

查表得：小齿形系数，应力校正系数；大齿轮系数，应力校正系数。

齿轮许用应力按下式计算：

为应力循环影响系数，根据齿轮应力循环次数查表得到，齿轮应力循环次数N按下式计算：

为齿轮转速，这里

j为齿轮转一圈时同一齿面啮合次数，取；为设计使用时间，设计寿命为5000h。

所以：

查表得：，

S为疲劳强度安全系数，这里取S=1.4。

按照MQ品质质量等级查得：；

；

所以：；

齿根弯曲强度校核通过。

2.2 按齿面接触强度校核

大小齿轮计算接触应力按下式计算：

；

式中为计算接触应力基本值，计算公式为：

计算各参数：为节点区域系数：这里取2.5；是弹性模量，这里取188.9；是重合度系数，这里，其中为端面重合度。

查表得：（根据，，）；（根据，，）

所以：

代入上式得：

螺旋角系数

分度圆名义切向力

，代入计算公式得：

确定参数，由，所以由M1判断：

，，，，Z1=19，Z2=100

，

代入上式得：

此时，。

确定参数由，所以由M2判断：

此时，

查表得

代入得：

所以有：

齿轮许用应力由安全系数校核：

，确定其中参数。

寿命系数：

按照MQ品质质量等级查得：，

查得齿面工作硬化系数：，

润滑油膜影响系数：，尺寸系数：

所以，安全系数：

小齿轮，因此有较高的可靠度，大齿轮，因此有一般的可靠度。

参考文献

[1] 成大先.机械设计手册（第四版）[M].北京：化学

工业出版社，2002.

[2] 通用机械渐开线圆柱齿轮承载能力简化计算方法

（GB/T 10063-1988）[S].北京：中国标准出版社，

1988.

（责任编辑：秦逊玉）