锥齿轮计算.doc

3.3.2 主减速器锥齿轮的主要参数选择
a)主、从动锥齿轮齿数z1和z2
选择主、从动锥齿轮齿数时应考虑如下因素；
为了啮合平稳、噪音小和具有高的疲劳强度，大小齿轮的齿数和不少于40在轿车主减速器中，小齿轮齿数不小于9。
查阅资料，经方案论证，主减速器的传动比为6.33，初定主动齿轮齿数z1=6，从动齿轮齿数z2=38。
b）主、从动锥齿轮齿形参数计算
按照文献[3]中的设计计算方法进行设计和计算，结果见表3-1。
从动锥齿轮分度圆直径dm2=14=303.51mm 取dm2=304mm
齿轮端面模数
表3-1主、从动锥齿轮参数
参 数
符 号
主动锥齿轮
从动锥齿轮
分度圆直径
d=mz
64
304
齿顶高
ha=1.56m-h2;h2=0.27m
6.77
4.42
齿根高
hf=1.733m-ha
4.33
6.68
齿顶圆直径
da=d+2hacosδ
90
376
齿根圆直径
df=d-2hfcosδ
60
270
齿顶角
θa
2°41′
3°21′
齿根角
θf=arctan
3°21′
2°41′
分锥角
δ=arctan
14°
76°
顶锥角
δa
15°41′
78°21′
根锥角
δf
11°39′
74°19′
锥距
R=
132
132
分度圆齿厚
S=3.14mz
9
9
齿宽
B=0.155d2
47
47
c）中点螺旋角β
弧齿锥齿轮副的中点螺旋角是相等的。拖拉机主减速器弧齿锥齿轮螺旋角的平均螺旋角一般为35°～40°。拖拉机选用较小的β值以保证较大的εF，使运转平稳，噪音低。取

β=35°。
d）法向压力角α
法向压力角大一些可以增加轮齿强度，减少齿轮不发生根切的最少齿数，也可以使齿轮运转平稳，噪音低。对于拖拉机弧齿锥齿轮，α一般选用20°。
e) 螺旋方向
从锥齿轮锥顶看，齿形从中心线上半部向左倾斜为左旋，向右倾斜为右旋。主、从动锥齿轮的螺旋方向是相反的。螺旋方向与锥齿轮的旋转方向影响其所受轴向力的方向。当变速器挂前进挡时，应使主动齿轮的轴向力离开锥顶方向，这样可以使主、从动齿轮有分离趋势，防止轮齿卡死而损坏。
3.4 主减速器锥齿轮的材料
驱动桥锥齿轮的工作条件是相当恶劣的，与传动系其它齿轮相比，具有载荷大、作用时间长、变化多、有冲击等特点。因此，传动系中的主减速器齿轮是个薄弱环节。主减速器锥齿轮的材料应满足如下的要求：
a） 具有高的弯曲疲劳强度和表面接触疲劳强度，齿面高的硬度以保证有高的耐磨性。
b） 齿轮芯部应有适当的韧性以适应冲击载荷，避免在冲击载荷下齿根折断。
c） 锻造性能、切削加工性能以及热处理性能良好，热处理后变形小或变形规律易控制。
d） 选择合金材料是，尽量少用含镍、铬呀的材料，而选用含锰、钒、硼、钛、钼、硅等元素的合金钢。
拖拉机主减速器锥齿轮与差速器锥齿轮目前常用渗碳合金钢制造，主要有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB、22CrNiMo和16SiMn2WMoV。渗碳合金钢的优点是表面可得到含碳量较高的硬化层（一般碳的质量分数为0.8%～1.2%），具有相当高的耐磨性和抗压性，而芯部较软，具有良好的韧性。因此，这类材料的弯曲强度、表面接触强度和承受冲击的能力均较好。由于钢本身有较低的含碳量，使锻造性能和切削加工性能较好。其主要缺点是热处理费用较高，表面硬化层以下的基底较软，在承受很大压力时可能产生塑性变形，如果渗碳层与芯部的含碳量相差过多，便会引起表面硬化层的剥落。
为改善新齿轮的磨合，防止其在余兴初期出现早期的磨损、擦伤、胶合或咬死，锥齿轮在热处理以及精加工后，作厚度为0.005～0.020mm的磷化处理或镀铜、镀锡处理。对齿面进行应力喷丸处理，可提高25%的齿轮寿命。对于滑动速度高的齿轮，可进行渗硫处理以提高耐磨性。
3.5 主减速器锥齿轮的强度计算
3.5.1 单位齿长圆周力
按发动机最大转矩计算时

P= （3-4） 式中：
ig—变速器传动比，常取一挡传动比，ig=7.48 ；
D1—主动锥齿轮中点分度圆直径mm；D=64mm
其它符号同前；
将各参数代入式（3-4），有：
P=856 N/mm
按照文献[1],P≤[P]=1429 N/mm，锥齿轮的表面耐磨性满足要求。
3.5.2 齿轮弯曲强度
锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力为：
= （3-5）
式中：
—锥齿轮轮齿的齿根弯曲应力，MPa；
T—齿轮的计算转矩，Nm；
k0—过载系数，一般取1；
ks—尺寸系数，0.682；
km—齿面载荷分配系数，悬臂式结构，km=1.25；
kv—质量系数，取1；
b—所计算的齿轮齿面宽；b=47mm
D—所讨论齿轮大端分度圆直径；D=304mm
Jw—齿轮的轮齿弯曲应力综合系数，取0.03；
对于主动锥齿轮， T=1516.4 Nm；从动锥齿轮，T=10190Nm；
将各参数代入式（3-5），有：
主动锥齿轮， =478MPa；
从动锥齿轮， =466MPa；
按照文献[1], 主从动锥齿轮的≤[]=700MPa，轮齿弯曲强度满足要求。
3.5.3 轮齿接触强度
锥齿轮轮齿的齿面接触应力为：
σj= （3-6）

式中：
σj—锥齿轮轮齿的齿面接触应力，MPa；
D1—主动锥齿轮大端分度圆直径，mm；D1=64mm
b—主、从动锥齿轮齿面宽较小值；b=47mm
kf—齿面品质系数，取1.0；
cp—综合弹性系数，取232N1/2/mm；
ks—尺寸系数，取1.0；
Jj—齿面接触强度的综合系数，取0.01；
Tz—主动锥齿轮计算转矩；Tz=1516.4N.m
k0、km、kv选择同式（3-5）
将各参数代入式 （3-6），有：
σj=2722MPa
按照文献[1]，σj≤[σj]=2800MPa，轮齿接触强度满足要求。

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