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齿轮机械设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解齿轮机械设计的基本原理，掌握齿轮的分类、结构及工作原理。
2. 学生能了解齿轮材料的选择、热处理及其对机械性能的影响。
3. 学生掌握齿轮的几何参数计算、强度校核方法，并能运用相关公式进行简单齿轮设计。
技能目标：1. 学生能运用CAD软件进行齿轮的二维和三维图形绘制，提高实际操作能力。
2. 学生能运用计算软件进行齿轮参数的运算和强度校核，提高计算分析能力。
3. 学生通过课程设计实践，提高团队合作、问题解决和创新能力。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对机械设计学科的兴趣，激发学习热情，形成积极的学习态度。
2. 学生通过齿轮机械设计课程设计，认识到齿轮在工程实际中的应用价值，培养工程意识。
3. 学生在团队合作中，学会尊重他人、沟通协作，培养良好的团队精神和职业道德。
课程性质分析：本课程为机械设计及相关专业高年级课程，旨在通过齿轮机械设计实践，使学生掌握齿轮设计的基本知识和技能，培养实际工程应用能力。
学生特点分析：学生已具备一定的机械基础知识，具有较强的学习能力和动手能力，但缺乏实际工程设计和操作经验。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和创新能力。
通过课程目标分解，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面得到全面提升。
后续教学设计和评估将以此为基础，确保课程目标的实现。
二、教学内容1. 齿轮基本概念及分类：介绍齿轮的基础知识，包括齿轮的定义、分类及用途，重点讲解直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和圆锥齿轮的结构特点及工作原理。
关联教材章节：第一章 齿轮传动概述。
2. 齿轮材料与热处理：分析齿轮材料的选用原则，介绍常用齿轮材料及其热处理方法，探讨热处理对齿轮性能的影响。
关联教材章节：第二章 齿轮材料及热处理。
3. 齿轮几何参数计算：讲解齿轮的主要几何参数，包括模数、齿数、压力角等，并通过实例演示齿轮几何参数的计算方法。
关联教材章节：第三章 齿轮几何参数设计。
1设计方案1.1传动简图的拟定(1)带式输送机传动系统方案，如下图所示：图1 B6型带式运输机及其二级圆柱齿轮减速器设计传动简介：带式输送机由电机驱动，电机通过带传动，将动力传入减速器，再经联轴器传至输送机滚筒，带动输送带工作。
传动系统中采用两级同轴式圆柱齿轮减速器。
(2)设计参数表：数据编号运输带工作拉力F/N 运输带工作速度v/m.s-1卷筒直径D/mm 6D 5700 0.75 430(3)工作条件：连续单向运转，工作时有轻微振动，使用期限为10年，小批量生产，两班制工作，运输带工作速度允许误差为±5％。
(4)设计要求：1、完成设计说明书。
2、完成带式传输装置总体设计，减速器部分装配图一份、零件图三份。
3、总结设计经验。
2电动机的选择按设计要求及工作条件选用Y系列三相异步电动机卧式封闭结构380V。
3．轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案，如下图所示:（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度:1）为了满足带轮的轴向定位要求，1-2轴段，左端需制出一轴肩，故取2-3段的直径mm d 45=，现取mm l 93=。
2）初步选择滚动轴承轴承同时受有不大径向力和轴向力的作用，选用深沟球轴承。
参照工作要求，由轴承产品目录中初步选取轴承6209。
并根据其定位、密封等要求确定2-3段轴长度为88mm 。
3）已知高速级齿轮轮毂长b=100mm,且用甩油环左端定位，故3-4段轴直径为50mm ，长度小于齿轮宽度为98mm 。
4）4-5段设计轴肩定位，直径为60mm ，长度为7mm 。
5）5-6段设计轴肩定位，直径为50mm 。
轴承选用6210。
根据定位要求，结合同轴式的轴承座特点，确定该段轴的长度为34mm 。
6）轴承盖的直径为125mm 。
（3）轴上零件的周向定位:带轮周向用键定位，根据轴的直径，查相关文献，选A 型普通平键，尺寸为mm mm h b 810⨯=⨯，长度为80mm 。
机械设计-齿轮习题与参考答案编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（机械设计-齿轮习题与参考答案）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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习题与参考答案一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案）1 一般开式齿轮传动的主要失效形式是。
A。
齿面胶合 B。
齿面疲劳点蚀C。
齿面磨损或轮齿疲劳折断 D。
轮齿塑性变形2 高速重载齿轮传动,当润滑不良时，最可能出现的失效形式是。
A. 齿面胶合B. 齿面疲劳点蚀C。
齿面磨损 D. 轮齿疲劳折断3 45钢齿轮,经调质处理后其硬度值约为。
A. 45~50 HRCB. 220～270 HBSC. 160～180 HBS D。
320～350 HBS4 齿面硬度为56～62HRC的合金钢齿轮的加工工艺过程为。
A. 齿坯加工→淬火→磨齿→滚齿 B。
齿坯加工→淬火→滚齿→磨齿C. 齿坯加工→滚齿→渗碳淬火→磨齿D. 齿坯加工→滚齿→磨齿→淬火5 齿轮采用渗碳淬火的热处理方法，则齿轮材料只可能是。
A。
45钢 B。
ZG340-640C。
20Cr D。
20CrMnTi6 齿轮传动中齿面的非扩展性点蚀一般出现在。
A. 跑合阶段 B。
稳定性磨损阶段C。
剧烈磨损阶段 D. 齿面磨料磨损阶段7 对于开式齿轮传动,在工程设计中，一般 .A. 按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度B. 按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度C。
只需按接触强度设计D。
只需按弯曲强度设计8 一对标准直齿圆柱齿轮，若z1=18，z2=72，则这对齿轮的弯曲应力。
A。
σF1＞σF2 B. σF1＜σF2 C。
机械设计齿轮传动设计嘿，咱来说说机械设计里的齿轮传动设计哈。
我跟你说，有一回我去参观一个工厂，那里面各种机器嗡嗡响，可热闹了。
我就看到有一台大家伙，上面好多齿轮在那转呀转。
那时候我就好奇了，这齿轮传动到底是咋回事呢？后来我就开始研究这齿轮传动设计。
你想啊，这齿轮就像一群小伙伴，得配合好了才能把活儿干好。
首先呢，得确定要用啥样的齿轮。
大的小的，胖的瘦的，各种形状都有。
就跟挑衣服似的，得选适合的。
比如说，要是传递的力大，就得用大点儿的齿轮，结实嘛。
要是速度要求快，可能就得用小齿轮，转得快呀。
然后呢，还得考虑齿轮的齿数。
这齿数就像人的年龄，可不能随便乱来。
齿数多了，转得就慢点儿，但力量可能就大。
齿数少了呢，速度快，但力量可能就小。
就像我有一次骑自行车，前面的大齿轮齿数多，后面的小齿轮齿数少，骑起来可快了，但要是上坡就费劲。
这齿轮传动也一样，得根据实际情况来选齿数。
还有啊，齿轮的间距也很重要。
太近了吧，容易打架；太远了吧，又传不好力。
这就像两个人跳舞，得保持一定的距离，才能跳得好看。
我记得有一次我看两个人跳舞，离得太近，结果踩了对方的脚，那场面可尴尬了。
齿轮传动也不能出现这种情况呀。
最后呢，还得考虑齿轮的材质。
硬的软的，铁的钢的，各种材质都有不同的特点。
要是在恶劣的环境下，就得用结实的材质，不然容易坏。
就像我有一把雨伞，质量不好，下大雨的时候就坏了，弄得我浑身湿透。
齿轮也不能这样啊，得选个好材质，才能用得久。
你看哈，这齿轮传动设计就像一场精心策划的演出，每个齿轮都是演员，得配合好了才能演得精彩。
咱在设计的时候可得仔细考虑，不能马虎。
就像盖房子一样，基础打好了，房子才能结实。
齿轮传动设计好了，机器才能正常运转。
嘿嘿。
机械设计课程设计齿轮一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握齿轮的基本概念、类型、传动原理和设计方法。
具体目标如下：1.了解齿轮的定义、分类和应用领域。
2.掌握齿轮传动的原理和工作特点。
3.熟悉齿轮的设计方法和步骤。
4.能够分析齿轮传动系统的工作原理。
5.学会使用齿轮设计软件进行齿轮参数的计算和设计。
6.具备判断齿轮故障和进行维修的能力。
情感态度价值观目标：1.培养学生对机械设计的兴趣和热情。
2.增强学生对齿轮传动系统的重视和保护意识。
3.培养学生的创新精神和团队合作能力。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.齿轮的基本概念：介绍齿轮的定义、特点和应用领域。
2.齿轮的分类：讲解不同类型的齿轮及其应用场景。
3.齿轮传动的原理：阐述齿轮传动的工作原理和特点。
4.齿轮设计方法：介绍齿轮设计的步骤和方法，包括齿形、齿数、模数等参数的选取。
5.齿轮传动系统的设计案例：分析实际齿轮传动系统的设计案例，让学生学会运用所学知识解决实际问题。
三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用以下教学方法：1.讲授法：讲解齿轮的基本概念、分类和传动原理。
2.案例分析法：分析实际齿轮传动系统的设计案例，让学生学会运用所学知识解决实际问题。
3.实验法：学生进行齿轮传动实验，观察齿轮传动的特点和故障现象。
4.讨论法：学生进行小组讨论，分享学习心得和设计经验。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将准备以下教学资源：1.教材：提供《机械设计》等相关教材，供学生预习和参考。
2.多媒体资料：制作课件和教学视频，生动展示齿轮的基本概念和设计方法。
3.实验设备：准备齿轮传动实验装置，让学生亲身体验齿轮传动的特点和故障现象。
4.设计软件：提供齿轮设计软件，让学生学会使用软件进行齿轮参数的计算和设计。
五、教学评估本节课的评估方式将包括以下几个方面：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答和小组讨论的表现来评估学生的学习态度和理解程度。
一、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级本装置的齿轮传动为开式传动，开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损，为减轻齿面磨损，应该提高齿面硬度，大小齿轮均选用40Cr ，根据参考文献1表6.2可知，热处理方式是调质—表面淬火，齿面硬度为48~55HRC 。
因为是一般机械，齿轮传动为8级精度设计。
二、初步计算传动主要尺寸按照齿根弯曲疲劳强度设计齿轮传动主要参数和尺寸。
根据参考文献1式6.13可知，齿根弯曲疲劳强度设计公式 []32112FS F d Y Y Y z KT m σφε≥式中： 1）1T ——小齿轮传递扭矩， mm N n P T ⋅=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=33.926942.3/940399.096.01055.91055.96112161ηη 2）K ——载荷系数，由于v 值未知，v K 不能确定，故可初选K = 1.1 ~ 1.8 ，这里初选K =1.43）d φ——齿宽系数，根据参考文献1表6.6可知选用0.54）1z ——齿数，初选小齿轮171=z ，设计齿轮中传动比 34.5552.39401=⨯==w m n i n i 80.901734.512=⨯==iz z圆整后取912=z ，此时传动比误差%5%24.0%10034.517/9134.5%1000<=⨯-=⨯-=i i i ε 5）F Y ——齿形系数，反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力F σ的影响。
根据参考文献1图6.20可知 95.21=F Y 25.22=F Y6）s Y ——应力修正系数，用以考虑齿根过度圆角处的应力集中和除弯曲应力以外的其它应力对齿根应力的影响。
根据参考文献1图6.21可知52.11=s Y 77.12=s Y7）εY ——重合度系数，是将全部载荷作用于齿顶时的齿根应力折算为载荷作用于单对齿啮合区上界点时的齿根应力系数。
对于标准外啮合齿轮传动657.19111712.388.1112.388.121=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=z z αε 703.0657.175.025.075.025.0=+=+=αεεY 8）[]F σ——许用弯曲应力根据参考文献1式6.29可知[]F N F FS Y lim σσ=式中： lim F σ——记入了齿根应力修正系数之后,试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限应力，根据参考文献1图6.29h 可知MPa F F 3602lim 1lim ==σσF S ——安全系数，根据参考文献1表6.7可知25.1=F SN Y ——寿命系数，小齿轮与大齿轮的应力循环次数可按下式计算h aL n N 1160=1n ——齿轮转速，min /ra ——齿轮转一周，同一侧齿面啮合的次数h L ——齿轮的工作寿命，h代入数值，分别有：9111107072.22.310300161940606060⨯=⨯⨯⨯⨯⨯===i aL n aL n N h w h 8912100697.534.5107072.2⨯=⨯==i N N 根据参考文献1图6.32可知寿命系数0.121==N N Y Y故许用弯曲应力 []MPa MPa S Y F F N F 28825.136011lim 11=⨯==σσ[]MPa MPa S Y F F N F 28825.136012lim 22=⨯==σσ[]0156.028852.195.2111=⨯=F S F Y Y σ []0138.028877.125.2222=⨯=F S F Y Y σ 所以 [][]0156.0111==F S F F S F Y Y Y Y σσ []mm Y Y Y z KT m F S F d 700.20156.0175.0703.033.926944.122323211=⨯⨯⨯⨯⨯=≥σφε 考虑磨损的影响将模数加大10%~15%，故mm m 105.3~97.2=三、计算传动尺寸1. 计算载荷系数根据参考文献1表6.3可知使用系数25.1=A K79.01000602.3/940022.31714.310006011=⨯⨯⨯⨯=⨯=n d v π 根据参考文献1图6.7可知07.1=v K根据参考文献1图6.12可知02.1=βK根据参考文献1表6.4可知2.1=αK637.12.102.107.125.1=⨯⨯⨯==αβK K K K K v A对m 进行修正，并圆整为标准模数mm K K m m t 184.34.1637.1022.333=⨯== 按参考文献1表6.1可知圆整为mm m 3=2. 计算传动尺寸中心距 ()()mm z z m a 162291173221=+⨯=+= mm mz d 5117311=⨯==mm mz d 27391322=⨯==5.25515.01=⨯==d b d φ取mm b b 262==四、校核齿面接触疲劳强度根据参考文献1式6.20可知[]H t H E H uu bd KF Z Z Z σσε≤±=11 式中： 1,,d b K 值同前u ——齿比数，为大轮齿数与小轮齿数之比±——“+”号用于外啮合齿轮传动，“-”号用于内啮合齿轮传动 E Z ——材料弹性系数，根据参考文献1表6.5可知189.8MPaH Z ——节点区域系数，反映了节点齿廓形状对接触应力的影响，根据参考文献1图6.15可知为2.5εZ ——重合度系数，是考虑重合度对齿面接触应力影响的系数。
一、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级
本装置的齿轮传动为开式传动，开式齿轮传动的主要失效形式是齿而磨损，为减轻齿而 磨损，应该提高齿而硬度，大小齿轮均选用40Cr,根据参考文献1表6.2可知，热处理方式 是调质一表面淬火，齿而硬度为48~55HRC 。
因为是一般机械，齿轮传动为8级精度设计。
二、初步计算传动主要尺寸
按照齿根弯曲疲劳强度设汁齿轮传动主要参数和尺寸。
根据参考文献1式6.13可知, 齿根弯曲疲劳强度设计公式
式中:
1)7]——小齿轮传递扭矩.
T' = 955 X ，0<'X 25T L = 955 X ，0<'X 疇將=92694 a -讪
2) K ——载荷系数，由于y 值未知，不能确定，故可初选K =1.1-1.8 ,这里初选《 =
1.4
3)如一一齿宽系数，根据参考文献1表6.6可知选用0.5
° =% =5.34x17 =90.80
圆整后取乙=91，此时传动比误差
5) Y F ——齿形系数，反映了轮齿几何形状对齿根弯曲应力的影响。
根拯参考文献1图
6.20 可知 Yp ・]=2.95 纬2 = 2.25
6) Y s ——应力修正系数，用以考虑齿根过度圆角处的应力集中和除弯曲应力以外的其它应 力对齿根应力的影响。
根据参考文献1图6.21可知K vl =1.52 冷=1力
7) Y,——重合度系数，是将全部载荷作用于齿顶时的齿根应力折算为载荷作用于单对齿啮4) Z|
齿数，初选小齿轮石=17,设计齿轮中传动比,=上巴 -2^ = 534 3.2x55
T 乎”00"| 5*91/17 5.34 x 100% = 0.24% <5%
合区上界点时的齿根应力系数。
对于标准外啮合齿轮传动
0 75 0 75
^0.25
+ — = 0.25+?^ = 0.703
8) [a]F ——许用弯曲应力根据参考文献1式6.29可知
式中:
Fhm 一一记入了齿根应力修正系数之后，试验齿轮的齿根弯曲疲劳极限应力，根据参考文献
= 360 MPa
S F 一一安全系数，根据参考文献1表6.7可知S F =1・25
Y N ——寿命系数，小齿轮与大齿轮的应力循环次数可按下式计算
N] = 60〃]“乙
/?!一一齿轮转速，r/min
d ——齿轮转一周，同一侧齿而啮合的次数
L h ——齿轮的工作寿命，h
代入数值，分别有：
60%% = 60如％ = A = 60 x 940xlxl6x300xl0 = 2 7072 xl()
3.2
根据参考文献1图6.32可知寿命系数丫小=r.V2 =1.0
故许用弯曲应力 =吟=愕呎=皿
122x(右+命 = 1.657
N 、_ 2.7072 xlO 9
1 5M_ = 5.0697 xlO 8
=1 X 36() =
1.25
S F
=0.0138 = 0.0156
2K7] Y F Y S Y £ _ 2x1.4x92694.33x0.703 考虑磨损的影响将模数加大10%~15%・故m = 2.97〜3.105〃〃”
三、计算传动尺寸
1. 计算载荷系数
根据参考文献1表6.3可知使用系数=1.25
v = = 3.14x17x3.022x940/3.2 =Q79
60x1000
60x1000 根据参考文献1图6.7可知K v =1.07
根拯参考文献1图6.12可知Kp = 1.02
根据参考文献1表6.4可知=1.2
K = K i K t 心心=1.25 x 1.07 x 1.02 x 1.2 = 1.637 对m 进行修正，
并圆整为标准模数
m ='彳£ = 3.022 x f ；：? = 3.184〃"“
按参考文献1表6.1可知圆整为m = 3mm
2. 计算传动尺寸
中心距
=〃iZ] = 3x 17 =51〃劲
£ = =3x91 = 273〃〃”
b =
= 0.5x51 =25.5 2.95x1.52
~~288~~ = 0.0156
所以 x 0.0156 = 2.700/77/7?
2.25x1.77
~~288~~
取» =b = 26 mm
■
四、校核齿面接触疲劳强度
根据参考文献1式6.20可知
\i hd} u
式中：
K、ba值同前
“一一齿比数，为大轮齿数与小轮齿数之比
±——“+”号用于外啮合齿轮传动，号用于内啮合齿轮传动
Z E——材料弹性系数，根拯参考文献1表6.5可知189.8
Z H——廿点区域系数，反映了节点齿娜形状对接触应力的影响，根据参考文献1图6.15 可知为2.5
Z&——重合度系数，是考虑重合度对齿而接触应力影响的系数。
根据参考文献1图6.16可知为0.88
0]〃一一许用接触应力，根据参考文献1式6.26可知
[“〃=包产
'll
式中：
——试验齿轮的齿而接触疲劳极限，根据参考文献1图6.29g可知6伽1 =6伽2 =1200MP“
Z N——接触强度计算的寿命系数，根据参考文献1图6.30可知Z”] =Z iV2 =1.0
S H一一接触强度计算的安全系数，根据参考文献1表6.7可知S〃= 1.0
[恥斗罟皿"
因此可知
2K7；« + 1
* —iT
=189.8x2.5x0.88x A x .,637x97531.915 “98.1 咏阳＜仙
V 25.5x51291/17
即满足齿而接触疲劳强度。
五、大齿轮结构尺寸的确定
1.齿轮结构形式的确定
齿顶圆直径d a =d2+2h a <500mm t为了减少质量和节约材料，采用锻造腹板式齿轮结构。
2.轮敦孔径的确定
大齿轮轮毂孔径是根据与孔相配合的轴径确怎，此处按照扭矩初算轴径，
式中：
d——轴的直径，mm
P—一轴传递的功率
n——轴的转速
C—一由许用扭转剪应力确泄的系数，根据参考文献1表9.4可知取106-97,此处认为齿
轮不装在轴端部，C = 106
本方案中，轴颈上有一个键槽，应将轴径增大5%,即
6/ > (14- 5%)x 4O.2nun =42.2〃曲
按照标准GB门' 2822—2005的R a40系列进行圆整可知d = 48〃7加
3.齿轮结构尺寸确定
刃x45°
自由锻
€模锻
h = 20mm
D x a 1 ・6dh = 1.6x48 = 76.Smm取£)】=76nun
D2 a d a - \0m = 279 —10 x 3 = 249mm取D2 = 250mm
/ = (1.2 ~ 1.5》/力=(1.2 ~ 1.5)x 48 = 57.6 ~ 72mm取/ = 60mm
D{) a 0.5(£), + D ) = 0.5x(76.8 + 249)= 162.9mm取D o = 162mm d Q心0.25(D2— D]) = 0.25 x(249 — 76.8)= 43.05mtn取d Q = 44nun
5 =(2.5 ~ =(2.5 ~ 4)x 3 = 7.5 ~ 12〃〃并取5 = 10〃〃〃
c =(0.2 〜0.3” =(0.2 〜0.3)x 20 =(4 ~ 6)nun取c = 6nmi
[1]宋宝玉•王黎钦.《机械设计》•髙等教育出版社.2010年5月
目录
一、选择齿轮材料、热处理方式、精度等级
二、初步计算传动主要尺寸
三、计算传动尺寸
四、校核齿而接触疲劳强度
五、大齿轮结构尺寸的确定。
