圆柱直齿外啮合齿轮轮系设计计算

圆柱直齿外啮合齿轮轮系设计计算

齿

已知条件

传动比i3.0、理论中心距a15(允许调整)

初选轮系参数

模数m0.5齿数z115z245压力角α20°齿顶倒圆半径rT10.05rT20.1设计中心距a15.25

材料选择

小齿轮-POM(M25100P)、大齿轮-POM(M90500P)

齿

按国标GB 236390基本齿条的要求(齿形参数及代号见表渐开线圆柱直齿轮基本齿条)先按x10.53x20h*a1h*a21外啮合角变位圆柱齿轮几何尺寸计算公式设计。但轮齿齿根按全圆弧半径设计其轮系参数计算见下表中“常规计算”列。对该组计算数据验算表明当中心距已增大0.25mm但在只计入中心距和齿轮公法线长度公差的情况下轮系的齿侧啮合间隙仍显得过小。为此进行多次调整后x10.53x2-0.15h*a1h*a21.15所求得轮系参数见下表中“修正计算”列。再次验算表明两齿轮齿形参数能保证轮系在较宽广的环境温度条件下仍能满足轮系的最小侧隙和重合度等基本要求。实例轮系齿轮的产品齿形参数见下表中轮系齿形参数

序号

参数名称

代号

计算公式

常规计算

修正计算

 

 

 

已知条件:

a'z1z2mαc*h*a

a'15.25z115z245m0.5α20°c*0.35h*a1

1

分度圆直径

d

dmz

d17.5d222.5

2

理论中心距

a

a15.25

3

中心距变动系数

y'

y'0.5

4

啮合角

α'

α'22.4388°

5

总变位系数

xΣ

x0.5298

6

变位系数分配

x

按设计要求选择

xx1+x2

x10.53

x20

x10.5

x2-0.15

7

齿高变动系数

Δy'

Δy'x-y'

Δy'0.0298

Δy'0.0298

8

齿顶圆直径

da

dad+2m(h*a+x-Δy')

da19da223.47

da19.12da223.47

9

齿根圆直径

df

dfd+2m(h*a+c*-x)

df16.68df221.15

df16.5df220.85

10

节圆直径

dw

dw17.625dw222.875

11

基圆直径

db

dbdcosα

db17.048db221.1431

12

齿距

p

pπm

p1.5708

13

基圆齿距

pb

pbpcosα

pb1.4761

14

齿顶高

ha

ham(h*a+x-Δy')

ha10.75ha20.485

ha10.81ha20.485

15

齿根高

hf

hfm(h*a+c*-x)

hf10.41hf20.675

hf10.5hf20.825

16

全齿高

h

hha+hf

h1.16

h1.31

17

顶隙

c

cc*m

c0.175

18

齿顶倒圆半径

ρa

按设计要求选择

ρa10.05ρa20.1

19

齿根倒圆半径

ρf

从图a中测得

 

ρf10.221ρf20.248

20

线

跨越齿数

k

k12k25

长度

W

Wmcosαπ(k-0.5)+zinvα+2xtanα

W12.5W26.96

W12.490W26.906

21

M

量柱直径

dp

dp(1.68-1.9)m

(优先螺纹三针中选取)

dp11.00dp21.00

量柱中心处压力角

αM

αM133.57005°

αM224.26759°

α1M33.387°

α2M23.5629°

量柱测量距离

M

齿

 

 

齿

M19.41214

M224.17834

M19.3944

M224.0523

齿

小齿轮

大齿轮

模数

m

0.5

模数

m

0.5

齿数

z1

15

齿数

z2

45

压力角

α

20°

压力角

α

20°

变位系数

x1

0.5

变位系数

x2

-0.15

分度圆直径

d1

f 7.5

分度圆直径

d2

f 22.5

齿顶圆直径

da1

��

齿顶圆直径

da2

齿根圆直径

df1

��

齿根圆直径

df2

��

跨越齿数

k1

2

跨越齿数

k2

5

公法线长度

Wk1

公法线长度

Wk2

齿顶倒圆半径

ρa1

R0.06

齿顶倒圆半径

ρa2

R0.1

齿根全圆弧半径

ρf1

R0.221

齿根全圆弧半径

ρf2

R0.248

配对齿轮齿数

z2

45

配对齿轮齿数

z1

15

中心距

a

15.25±0.025

精度等级

9(GB 236290)

齿

齿

(a)

为了确保齿轮数据计算正确无误可通过计算机CAD辅助设计软件绘制出齿轮名义齿廓(即齿轮最大实体齿廓)及其啮合图即可检查轮系的名义啮合侧隙、重合度、齿根宽度以及公法线长度WkM值等。在图a直接测得的齿轮参数如下

小齿轮:Wk12.491sf11.002ρf10.221

大齿轮:Wk26.905sf20.994ρf20.248

轮系名义齿廓重合度:ε1.45

轮系最小侧隙:Δ0.061节圆处法向侧隙:Δjn0.107

以上实测结果与调整后的轮系参数“修正计算”所得的数据基本一致两齿轮的齿根厚度也基本相同

齿

已知条件

传动比i3.5、中心距a0a22.5(不调整)

轮系初选参数

模数m1mm齿数z110z235弧齿厚s11.95s21.195齿顶倒圆半径rT10.06rT20.1

材料选择

小齿轮-POM(M25100P)、大齿轮-POM(M90500P)

齿

本实例采用AGMA PT基本齿条设计齿轮几何尺寸有关基本齿条参数及其代号见表AGMA PT塑料齿轮基本齿条齿廓

基本齿条数据:α20°pBRπm3.1416haBR1.00m1.00hfBR1.33m1.33hfFBR1.04686m1.0469sBR1.5708m1.5708

根据以上轮系初选参数和基本齿条数据AGMA PT基本齿条设计齿轮尺寸的公式进行齿轮参数计算。本实例设计中在中心距a0保持不变条件下通过相关参数的调整满足以下技术要求:

首先根据轮系初选的分圆齿厚s11.95s21.195校核小齿轮有无根切与齿顶是否变尖。由于小齿轮出现根切应对齿厚进行调整

所调整后的齿轮齿厚s1s2还应保证轮系能适应高低温的工作条件下、两齿轮存在制造和安装偏差等条件下不会出现轮系齿轮轮齿胶合和卡死现象

如果小齿轮齿顶宽度过小还可适当调整小齿轮齿顶圆直径加以避免要求齿顶宽度基本满足sea≈0.275m。大小齿轮的有效齿顶圆直径还应保证轮系的重合度平均值εAVG1.2在极端条件下不允许齿轮出现脱啮现象即要求轮系最小重合度εmin1

由于传动比较大小齿轮齿数少无法做到两齿轮齿根宽度相同。本实例的齿根宽度sf1sf2较好地满足了大小齿轮齿根强度要求

由于实例小齿轮的齿数少dTdae、齿顶修缘的条件已不复存在又因本实例的模数较小故对大齿轮的齿顶修缘其作用也不大故产品图未给出齿顶修缘参数

由于对齿轮齿顶修缘存在以下技术难度:采用EDM精密电火花成型加工齿轮型腔所需电极要求采用基本齿条型的滚刀加工这类专用滚刀的制造难度大、成本高采用EDM慢走丝线切割成型加工齿轮型腔要求设计者根据与齿顶修缘基本齿条相啮的基本齿条采用展成法求得型腔齿顶修缘段的共轭曲线其计算过程复杂电极及型腔齿形的检测可能存在某些常规设计理念所不易发现的隐患因此对于这类齿轮的齿顶修缘设计者应持慎重态度

序号

参数名称

代号

计算公式

设计计算

 

 

 

已知齿轮参数:

m1a22.5z110z235α20°

已知基本齿条参数:

α20°pBR3.1416haBR1.00

hfBR1.33hfFBR1.069sBR1.5708

1

分度圆直径

d

dmz

d110d235

2

中心距

a

a22.5

3

齿厚

s

在设计过程中调整确定

s11.91s21.14

4

齿条变位量

y

y10.466y2-0.5918

5

齿顶圆直径

dae

daed+2(y+haBR)

dae112.932dae235.816

6

基圆直径

db

dbdcosα

db19.3969db232.8892

7

齿根圆直径

df

dfd+2y-2hfBR

df18.272df231.1564

8

构成圆直径

dF

dF19.397dF232.977

9

无根切判断式

BT

BT(2y+dsin2αt-2hfFBR)0

BT10.008BT20.8169

10

齿顶修缘

起点直径

dT

dT113.059dae1(不能修缘)

dT234.82dae2(齿顶修缘)

11

计算用参数

haeBR

haeBR0.5dbsinα(tanαae-tanα)-y

haeBR10.4685haeBR20.9699

12

齿顶修缘半径

RTBR

RTBR4.0mn

RTBR24

13

齿顶倒圆半径

rT

由设计者确定

rT10.06rT20.1

14

齿顶修缘量

νTae

νTae20.0312

15

无修缘齿顶宽

sae

sae10.214

16

修缘齿顶宽

sTae

sTae20.774

17

顶隙

cBR

cBR1cBR20.454

18

齿根倒圆半径

ρf

从图b中测得

ρf10.48635ρf20.68083

19

线

跨越齿数

k

k12k23

长度

W

W14.887W27.466

20

M

量柱直径

dp

dp(1.68-1.9)m(优先螺纹三针中选取)

dp11.9dp21.732

量柱中心

处压力角

αM

αM135.52674°

αM217.78962°

量柱测量距

M

齿

M113.446

齿

M235.238

齿

小齿轮参数

大齿轮参数

模数

m

1

模数

m

1

齿数

z1

10

齿数

z2

35

压力角

α

20°

压力角

α

20°

基本齿条变位量

y1

0.466

基本齿条变位量

y2

-0.5918

分度圆直径

d1

f 10

分度圆直径

d2

f 35

齿顶圆直径

da1

��

齿顶圆直径

da2

齿根圆直径

df1

齿根圆直径

df2

跨越齿数

k1

2

跨越齿数

k2

3

公法线长度

W1

公法线长度

W2

齿顶倒圆半径

rT1

R0.06

齿顶倒圆半径

rT2

R0.1

齿根全圆弧半径

ρf1

R0.486

齿根全圆弧半径

ρf2

R0.681

配对齿轮齿数

z2

35

配对齿轮齿数

z1

10

中心距

a

22.5±0.035

精度等级

9~10(GB 236290)

齿

齿

(b)

同样可通过计算机CAD辅助设计软件绘制出两齿轮名义齿廓(即齿轮最大实体齿廓)及其啮合图即可检查两齿轮轮齿的名义齿廓啮合侧隙、重合度、两齿轮齿根宽度以及WkM值等。在图b可分别测得如下参数

小齿轮:Wk14.887sf11.884ρf10.486

大齿轮:Wk27.466sf21.553ρf20.681

轮系名义齿廓重合度:ε1.24

轮系最小侧隙:Δ0.092节圆法向侧隙:Δjn0.125

以上实测结果与调整后的轮系参数设计计算所得的齿轮数据基本一致说明本实例的调整设计计算是可行的