齿轮齿条传动机构设计说明.doc

齿轮齿条传动机构的设计和计算 1.齿轮 1，齿轮 2 与齿轮 3 基本参数的确定 由齿条的传动速度为 500mm/s,可以得到齿轮 3 的速度为 500m/s,即,/5003smmV 又 160d333nV，取,25,25.3202131mmBBmmmZZ，由此可得 265d31mmmZd，由（1）与（2）联立解得min/r147n32 n，取4i12则由4i211212nnzz得80min,/58821zrn 2.齿轮 1 齿轮 2 与齿轮 3 几何尺寸确定 齿顶高 mmxhmhhhnanaaa525.57.0125.3321 齿根高 mmxchmhhnnanfff79.17.025.0125.3h321 齿高 mmhhhhfa315.7h321 分度圆直径 mmmzdmmmzd84.26512cos/8025.3cos/,46.6612cos/2025.3cos/d0220131 齿顶圆直径 mmhddmmhddaaaaa34.2772,51.772d2221131 齿根圆直径 mmhddmmhddfffff26.2622,88.622d2221131 基圆直径 mmddmmddbbb8.249cos,45.6220cos46.66cosd220131 法向齿厚为 mmmxssnnnnnn759.625.3364.07.022tan22s1321 端面齿厚为 mmmxsstttttt94.632.3367.0cos7.022tan22s2321 齿距 mmmpp205.1025.314.3p321 3.齿轮材料的选择及校核 齿轮选用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。由于转向器齿轮转速低，是一般的机械，故选择 7 级精度。经校核，齿轮满足强度及刚度的要求。4.齿条的设计 取齿条的模数 m=3.25,压力角020，则齿数 z=120，故齿距取mmm205.1025.314.3p，则长度mmzL6.1224120205.10p，取 螺旋角08。端面模数mmmt28.38cos/25.3cos/m0 端面压力角37.099.0/364.0cos/tant 端面齿距mmmtt3.1028.314.3p 齿顶高mmxhmnanna525.57.0125.3h 齿根高mmxchmnnann79.17.025.0125.3hf 齿高 mmhhfa315.779.1525.5h 法面齿厚mmmxnnnn76.625.3364.07.022tan22s 端面厚度mmt85.628.3367.0cos/7.022s2 齿条选用 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.齿轮轴的设计 碳素钢价格低廉，锻造工艺性能好，对载荷较大，较为重要的场合，以 45 号钢最为常用。经校核，齿轮轴满足强度及刚度的要求。6.电机的选择 因为齿轮 1 的转速为 588r/min，由此可得电机的转速应该大于此值，因此可以选择功率合适的电动机，如 Y132S-8，功率为 2.2KW，转速为750r/min。参考文献：机械原理，孙恒主编 机械设计，姚桂英主编 1.1.2 齿轮齿条的材料选择 齿条材料的种类很多，在选择过程中应考虑的因素也很多，主要以以下几点作为参考原则：1）齿轮齿条的材料必须满足工作条件的要求。2）应考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成形方法及热处理和制造工艺。3）正火碳钢，不论毛坯制作方法如何，只能用于制作载荷平稳或轻度冲击 工作下的齿轮，不能承受大的冲击载荷；调制碳钢可用于制作在中等冲击载荷下工作的齿轮。4）合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工作的齿轮。5）飞行器中的齿轮传动，要求齿轮尺寸尽可能小，应采用表面硬化处理的 高强度合金钢。6）金属制的软齿面齿轮，配对两轮齿面的硬度差应保持为 3050HBS 或者更多。钢材的韧性好，耐冲击，还可通过热处理或化学热处理改善其力学性能及提高齿面硬度，故适用于来制造齿轮。由于该齿轮承受载荷比较大，应采用硬齿面（硬度350HBS），故选取合金钢，以满足强度要求，进行设计计算。1.2 齿轮齿条的设计与校核 121 起升系统的功率 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，公斤）。起升功率 VFP F=N5106 1V取 0.8（米/秒）KWP4808.01065 由于整个起升系统由四个液压马达所带动，所以每部分的平均功率为 KWKWPP12044804 转矩公式：595.5 10 PTnN.mm 所以转矩 T=mmNn.120105.955 式中 n 为转速（单位 r/min）1.2.2 各系数的选定 计算齿轮强度用的载荷系数 K，包括使用系数AK、动载系数VK、齿间载荷分配系数K及齿向载荷分配系数K，即 K=AVK K K K 1）使用系数AK 是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。该齿轮传动的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AK取 1.35。2）动载系数VK 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，不论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的期间，由于啮合齿对的刚度变化，也要引起动载荷。为了计及动载荷的影响，引入了动载系数VK，如图 2-1 所示。图 2-1 动载系数VK 由于速度 v 很小，根据上图查得，VK取 1.0。3）齿间载荷分配系数K 一对相互啮合的斜齿（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1HFKK。4）齿轮载荷分布系数K 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，轴上的齿轮也就随之偏斜，这就使作用在齿面上的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的现象，通常以系数K来表征齿面上载荷分布不均匀的程度对齿轮强度的影响。根据机械设计表 10-4 取HK=1.37。综上所述，最终确定齿轮系数 K=AVK K K K=1.35111.37=1.8 123 齿轮传动的设计参数、许用应力的选择 1.压力角的选择 我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为=20。2.齿数 z 的选择 为使齿轮免于根切，对于=20的标准直齿轮，应取 z17，这里取 z=20。17 3齿宽系数d的选择 由于齿轮做悬臂布置，取d=0.6 4.预计工作寿命 10 年，每年 250 个工作日，每个工作日 10 个小时 hL=1025010=25000h 5.齿轮的许用应力 按下式计算 NlimKS 式中：S疲劳强度安全系数。对于接触疲劳强度计算时，取 S=1；进行齿根弯曲疲劳强度计算时，取 S=1.251.5。NK考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。应力循环次数 N 的计算方法是：设 n 为齿轮的转速（单位为 r/min）；j 为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合次数；hL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=60njhL n 暂取 10，则 N=601025000=1.5710。查机械设计表 10-18 可得NK=1.3。lim齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用FE代入；接触疲劳极限用Hlim代入，查机械设计图 10-21 得Hlim=980。1500 HNK=1.3 S=1 HNHlimHK1.3 9801274MPaS1 1950 780FEMPa 850 1FNK S=1.4 780 1557.11.4HFFEFKMPaS 607.1 （双向工作乘以 0.7）424.97 当齿数 z=20 17 时，齿形系数FaY=2.8 2.97 应力校正系数SaY=1.55 1.52 基本参数选择完毕 1.2.4 齿轮的设计计算 齿轮的设计计算公式：322FaSadFY YKTmz 3212FSaFadmYYzTKKmKm开式齿轮磨损系数，Km=1.25（机械设计手册（3 卷）14-134）转矩 595.5 10 PTnN.mm （1 式）60 1000n mzv 所以238.8nm 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：2m8.2381.557206.055.18.2120105.958.1225 解得：72.23m；20 取 m=25 那么 n=9.5，取 n=10 5510146.110120105.95TN.m 齿面接触疲劳强度计算公式：E3dHZKTu12.32ud2（）式中H的单位为 Mpa，d 的单位为 mm，其余各符号的意义和单位同前。由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以u1u=1 EZ为弹性影响系数，单位12MPa，其数值查机械设计表，取EZ=189.812MPa，如表2-1 所示：表 2-1 材料特性系数EZ 计算，试求齿轮分度圆直径：E3dHZKTu12.32ud2（）=32.232512748.1896.010146.18.1456.75mm 通过模数计算得：m=25，z=20 所以分度圆直径 d=2520=500mm 所以取两者偏大值 d=500mm 计算齿宽 b=dd=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 因此齿轮齿条的最终设计图形如图 2-2 所示：图 2-2 齿轮齿条的设计图 （注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）