齿轮齿条传动机构设计项目说明.doc

齿轮齿条传动机构设计和计算
1. 齿轮1，齿轮2和齿轮3基础参数确实定
由齿条传动速度为500mm/s,能够得到齿轮3速度为500m/s,即又，取由此可得，由（1）和（2）联立解得，取则由得
2.　齿轮1齿轮2和齿轮3几何尺寸确定
齿顶高
齿根高 齿高
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
基圆直径　　　
法向齿厚为　　 　

端面齿厚为　　 　　

齿距
3. 齿轮材料选择及校核

齿轮选择45号钢或41Cr4制造并经调质，表面硬度均应在56HRC以上。为减轻质量，壳体用铝合金压铸。因为转向器齿轮转速低，是通常机械，故选择7级精度。
经校核，齿轮满足强度及刚度要求。
4. 齿条设计
取齿条模数m=3.25,压力角，则齿数z=120，故齿距取，则长度，取
螺旋角。
端面模数
端面压力角
端面齿距
齿顶高
齿根高
齿高
法面齿厚
端面厚度
齿条选择45号钢或41Cr4制造并经调质，表面硬度均应在56HRC以上，选择7级精度。
5. 齿轮轴设计
碳素钢价格低廉，铸造工艺性能好，对载荷较大，较为关键场所，以45号钢最为常见。经校核，齿轮轴满足强度及刚度要求。
6. 电机选择
因为齿轮1转速为588r/min，由此可得电机转速应该大于此值，所以能够选择功率适宜电动机，如Y132S-8，功率为2.2KW，转速为750r/min。

参考文件： 机械原理， 孙恒主编

机械设计， 姚桂英主编

1.1.2齿轮齿条材料选择
齿条材料种类很多，在选择过程中应考虑原因也很多，关键以以下几点作为参考标准：
1） 齿轮齿条材料必需满足工作条件要求。
2） 应考虑齿轮尺寸大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。
3） 正火碳钢，不管毛坯制作方法怎样，只能用于制作载荷平稳或轻度冲击
工作下齿轮，不能承受大冲击载荷；调制碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作齿轮。
4） 合金钢常见于制作高速、重载并在冲击载荷下工作齿轮。
5） 飞行器中齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采取表面硬化处理
高强度合金钢。
6）金属制软齿面齿轮，配对两轮齿面硬度差应保持为30～50HBS或更多。
钢材韧性好，耐冲击，还可经过热处理或化学热处理改善其力学性能及提升齿面硬度，故适适用于来制造齿轮。因为该齿轮承受载荷比较大，应采取硬齿面（硬度≥350HBS），故选择合金钢，以满足强度要求，进行设计计算。

1.2齿轮齿条设计和校核

1．2．1起升系统功率
设V为最低起钻速度（米/秒），F为以V起升时游动系统起重量（理论起重量，千克）。
起升功率
F=
取0.8（米/秒）

因为整个起升系统由四个液压马达所带动，所以每部分平均功率为

转矩公式：
N.mm
所以转矩 T=
式中n为转速（单位r/min）

1.2.2 各系数选定
计算齿轮强度用载荷系数K，包含使用系数、动载系数、齿间载荷分配系数及齿向载荷分配系数，即
K=
1）使用系数
是考虑齿轮啮合时外部原因引发附加载荷影响系数。
该齿轮传动载荷状态为轻微冲击，工作机器为重型升降机，原动机为液压装置，所以使用系数取1.35。
2）动载系数
齿轮传动不可避免地会有制造及装配误差，轮齿受载后还要产生弹性变形，对于直齿轮传动，轮齿在啮合过程中，不管是有双对齿啮合过渡到单对齿啮合，或是有单对吃啮合过渡到双对齿啮合期间，因为啮合齿正确刚度改变，也要引发动载荷。为了计及动载荷影响，引入了动载系数，图2-1所表示。

图2-1动载系数
因为速度v很小，依据上图查得，取1.0。
3）齿间载荷分配系数
一对相互啮合斜齿（或直齿）圆柱齿轮，有两对（或多对）齿同时工作时，则载荷应分配在这两对（或多对）齿上。
对于直齿轮及修形齿轮，取。
4）齿轮载荷分布系数
当轴承相对于齿轮做不对称配置时，受灾前，轴无弯曲变形，齿轮啮合正常，两个节圆柱恰好相切;受载后，轴产生弯曲变形，轴上齿轮也就随之偏斜，这就使作用在齿面上载荷沿接触线分布不均匀。
计算齿轮强度时，为了计及齿面上载荷沿接触线分布不均匀现象，通常以系数来表征齿面上载荷分布不均匀程度对齿轮强度影响。
依据机械设计表10-4取=1.37。
总而言之，最终确定齿轮系数K==1.35111.37=1.8

1．2．3 齿轮传动设计参数、许用应力选择
1.压力角α选择
中国对通常见途齿轮传动要求标准压力角为α=20°。
2.齿数z选择
为使齿轮免于根切，对于α=20°标准直齿轮，应取z≥17，这里取z=20。 17
3．齿宽系数选择
因为齿轮做悬臂部署，取=0.6
4.估计工作寿命
，每十二个月250个工作日，每个工作日10个小时
=1025010=25000h
5.齿轮许用应力
按下式计算

式中：S——疲惫强度安全系数。对于接触疲惫强度计算时，取S=1；进行齿根弯曲疲惫强度计算时，取S=1.25~1.5。
——考虑应力循环次数影响系数，称为寿命系数。应力循环次数N计算方法是：设n为齿轮转速（单位为r/min）；j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合次数；为齿轮工作寿命（单位为h），则齿轮工作应力循环次数N按下式计算：
N=60nj
n暂取10，则N==1.5。
查机械设计表10-18可得=1.3。
——齿轮疲惫极限。弯曲疲惫极限用代入；接触疲惫极限用代入，查机械设计图10-21得=980。1500
=1.3 S=1
1950
850 S=1.4
607.1 （双向工作乘以0.7）424.97

当齿数z=20 17 时，齿形系数=2.8 2.97 应力校正系数=1.55 1.52
基础参数选择完成

1.2.4 齿轮设计计算
齿轮设计计算公式： ……………Km—开式齿轮磨损系数，Km=1.25（机械设计手册（3卷）14-134）
转矩 N.mm （1式）

所以 v=0.8 n=899.2/m （2式）
将1式、2式及各参数代入计算公式得：

解得：；20
取m=25 那么n=9.5，取n=10
N.m
齿面接触疲惫强度计算公式：
式中单位为Mpa，d单位为mm，其它各符号意义和单位同前。
因为本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以=1
为弹性影响系数，单位，其数值查机械设计表，取=189.8，如表2-1所表示：
表2-1 材料特征系数

计算，试求齿轮分度圆直径：
=456.75mm
经过模数计算得：m=25，z=20 所以分度圆直径d=2520=500mm
所以取二者偏大值d=500mm
计算齿宽 b==0.6500=300mm
齿高 h=2.25m=2.2525=56.25mm
最终确定齿轮数据：
模数m=25 齿数z=20
分度圆直径d=500mm 齿高h=56.25mm
齿宽b=300mm 转速n=10r/min
所以齿轮齿条最终设计图形图2-2所表示：

图2-2 齿轮齿条设计图