齿轮齿条传动机构设计说明

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,即又，取由此可得，由（1）与（2）联立解得，取则由得2.齿轮1齿轮2与齿轮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，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 F= 取0.8（米/秒）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 各系数的选定计算齿轮强度用的载荷系数K，包括使用系数、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，如图2-1所示。图2-1动载系数由于速度v很小，根据上图查得，取1.0。3）齿间载荷分配系数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。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=1.37。综上所述，最终确定齿轮系数K=1.35111.37=1.8123 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。 173齿宽系数的选择由于齿轮做悬臂布置，取=0.64.预计工作寿命10年，每年250个工作日，每个工作日10个小时=1025010=25000h 5.齿轮的许用应力 按下式计算式中：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。 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；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=60njn暂取10，则N=601025000=1.5。查机械设计表10-18可得=1.3。齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用代入；接触疲劳极限用代入，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： 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=10N.m齿面接触疲劳强度计算公式：式中的单位为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=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所示： 表2-1 材料特性系数计算，试求齿轮分度圆直径：=456.75mm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=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 10