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直齿轮选型(正齿轮)

用于平行轴间传递旋转运动与动力的场合。按 MISUMI《平齿轮的选定步骤》做几何计算与目录容许扭矩校核,并补充 GB/T 3480 齿面接触疲劳与齿根弯曲疲劳强度校核,给出安全系数与选型结论。方法参考 MISUMI FA 技术资料与 GB/T 1357(模数)、GB/T 3480(齿轮强度)。

kW
小功率示例取 MISUMI 范例 58 W = 0.058 kW
rpm
mm
一般取 ≥17(最少齿数随模数,见 MISUMI 表)
mm
表-1
1.0~2.0
K = KA·KV·Kβ;平稳 1.2~1.5,冲击 1.8~2.2
小齿轮扭矩 T₁
大齿轮齿数 z₂ / 实际 i
分度圆直径 d₁ / d₂
中心距 a
齿顶圆 / 齿根圆 (小)
圆周速度 v
接触应力 σ_H
弯曲应力 σ_F1 / σ_F2
安全系数 S_H / S_F
请输入参数
N·m
取自 MISUMI 型录(如 z=20、100rpm 时 S45C 容许 5.57 N·m)。留 0 表示不校核目录扭矩。
目录校核
计算过程(MISUMI 几何 + GB/T 3480 强度)

① 扭矩 T₁ = 9550 · P / n₁ [N·m]

② 几何 z₂ = round(z₁·i);d = m·z;a = m·(z₁+z₂)/2;Dₐ = m(z+2);D_f = m(z−2.5);v = π·d₁·n₁/60000

③ 接触强度(Hertz) σ_H = Z_H · Z_E · Z_ε · √( 2·K·T₁ / (B·d₁²) · (u+1)/u ) [MPa],Z_H=2.5、Z_ε≈0.89、u = z₂/z₁

④ 弯曲强度 σ_F = 2·K·T₁ / (B·d₁·m) · Y_Fa·Y_Sa·Y_ε [MPa]

⑤ 安全系数 S_H = [σ_H]/σ_H,S_F = [σ_F]/σ_F,[σ_H]、[σ_F] 由材质取许用值;目标 S_H≥1.1、S_F≥1.4

Z_E 为弹性系数(钢对钢 189.8 √MPa,塑料对钢约 56 √MPa);Y_Fa/Y_Sa 为齿形/应力修正系数(按 z 查表);Y_ε 为重合度系数(取 0.72)。结果供方案校核,正式设计请以 GB/T 3480 与制造商型录为准。

计算公式与依据

扭矩 T₁ = 9550·P/n₁ (N·m)轴间距 a = m(z₁+z₂)/2分度圆 d = m·z转速比 i = z₂/z₁ = n₁/n₂

接触应力 σ_H = Z_H·Z_E·Z_ε·√(2KT₁/(B d₁²)·(u+1)/u)(Z_H=2.5、Z_ε≈0.89);弯曲应力 σ_F = 2KT₁·Y_Fa Y_Sa Y_ε/(B d₁ m)

材质许用值(长寿命近似,Z_N≈1、Y_N≈1):S45C 调质 [σ_H]≈550、[σ_F]≈320 MPa;S45C 淬火 ≈1100/500;40Cr 调质 ≈650/380;40Cr 淬火 ≈1200/620;不锈钢 ≈350/200;MC 尼龙 ≈70/90;POM ≈55/70 MPa。

参考:GB/T 1357《通用机械和重型机械用圆柱齿轮 模数》、GB/T 3480《直齿轮和斜齿轮承载能力计算》;MISUMI《平齿轮的选定步骤》(MISUMI 技术文章 / 选型参考资料 PDF)。

设计依据与算例

算例(MISUMI 平齿轮范例,本工具默认即此条件)

条件:P=58 W(0.058 kW)、n₁=100 rpm、i=1/2、m=1.0、z₁=20、B=10 mm、S45C、K=1.5;MISUMI 目录 z=20@100rpm 容许 5.57 N·m、z=40@100rpm 容许 14.31 N·m。本工具输入相同值即得下列结果。

① 扭矩 T₁ = 9550×0.058/100 = 5.54 N·m
② 几何 z₂=round(20×2)=40;d₁=20、d₂=40 mm;a=1.0×(20+40)/2=30 mm;Dₐ₁=22、D_f₁=17.5 mm;v=π×20×100/60000=0.105 m/s
③ 接触 σ_H = 189.8×2.5×0.894×√(2×1.5×5540/(10×400)×(3/2)) = 1061 MPa;S_H = 550/1061 = 0.52 < 1.1(按 GB/T 3480 赫兹校核不通过,需加大 m 或 B;MISUMI 型录按目录容许扭矩法校核见⑤,口径不同)
④ 弯曲 σ_F1 = 2×1.5×5540/(10×20×1)×2.80×1.55×0.72 = 259.6 MPa;σ_F2≈239.8 MPa;S_F1=320/259.6=1.23、S_F2≈1.33(<1.4 略紧,可加大 B 或 m)
⑤ 目录校核 小齿轮 T₁=5.54 ≤ 5.57 ✓;大齿轮 T₂=2T₁=11.08 ≤ 14.31 ✓ → 选型 MISUMI 型号码 GEAKBB1.0-20-10-B-8N / GEAKBB1.0-40-10-B-10N
参考与引用(权威标准与厂商样本 · 点击展开 / 收起)

参考与引用

本工具公式与数据溯源如下;正式设计请以现行规范、厂商最新样本及专业校核为准。