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1、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 V 二500mm/s,又 V 二愛3G），取 Z 二 Z 二 20, m 二 3.25mm,B 二 B 二 25mm,由此可33601312得 d = d = mZ 二 65mm（2），由（】）与（2）联立解得 n 二 n = 147r/ min，取 i = 4132312贝U由 i = _Z2 = n = 4 得 n = 588r /min, z = 8012 z n121 22. 齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定齿顶高h = h = h = m
2、C* + x )= 3.25x(1 + 0.7)= 5.525mma1a 2a 3ann齿根咼h = h = h = mC* + c* x )= 3.25 x(1 + 0.25 0.7)= 1.79mm f 1f 2f 3annn齿高h = h = h = h + h = 7.315mm123af分度圆直径d = d = mz /cosP = 3.25x20/cosl2。= 66.46mm,d = mz /cosP = 3.25x80/cosl2。= 265.84mm13122齿顶圆直径d = d = d + 2h = 77.51mm, d = d + 2h = 277.34mma1a 31a
3、1a 22a 2齿根圆直径 d = d = d -2h = 62.88mm,d = d -2h = 262.26mmf 1f 31 f 1f 22f 2基圆直径 d = d = d cos a = 66.46 x cos 200 = 62.45mm, d = d cos a = 249.8mmb1b31b 22s = s = s =一 + 2 x tan am =+ 2 x 0.7 x 0.364n1n 2n 3、2 n n 丿n1L 2丿法向齿厚为x 3.25 = 6.759mm端面齿厚为s 二 s 二 st1t2t3一 + 2x tan a m(2tt 丿 t冗07-+ 2 xx 0.36
4、7 x 3.32 二 6.94mm2cos p丿2/齿住巨 p 二 p 二 p 二兀m 二 3.14x 3.25 二 10.205mm1233. 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200，则齿数z=120,故齿距取p 二兀m 二 3.14x 3.25 二 10.205mm，则长度 L 二 pz 二 10.205 x 120 二 1224.6mm，取 螺旋角p二80。端面模
5、数m 二 m/cosp = 3.25/cos80 二 3.28mmt端面压力角 a 二 tan a /cos p 二 0.364/0.99 二 0.37t端面齿距 p 二兀m 二 3.14x 3.28 二 10.3mmtt齿顶咼 h 二 m C* + x )= 3.25 x(l + 0.7)= 5.525mman ann齿根高h 二 m C* + c* - x )= 3.25 x G + 0.25 0.7)= 1.79mmfn annn齿咼 h 二 h + h 二5.525 +1.79 二7.315mma f一 + 2 x tan am =+ 2 x 0.7 x 0.364.2 n n 丿n1
6、2 丿端面厚度s =f- + 2x0.7/cos卩 x0.367lx3.28 = 6.85mm12x 3.25 = 6.76mm2 丿法面齿厚s =n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
7、.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
8、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（硬度三 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1. 2. 1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P二FxVF=6 x 105 NV取0.8 （米/秒）P 二 6 x 105 x 0.8 二 480KW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宀号4 二号KW 二 120 KW转矩公式:95.5 x105PN.mmn所以转矩T=95.5 x 105 x
9、120 n _n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K、动载系数K、齿间载荷分配系AV数K及齿向载荷分配系数K，即apK= K K K KA V a P1）使用系数KA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K取1.35。A2）动载系数KV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
10、起动载荷。为了计及 动载荷的影响，引入了动载系数K，如图2-1所示。I 图2-1动载系数KV由于速度V很小，根据上图查得，K取1.0。V3）齿间载荷分配系数Ka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K = K = 1。HaFa4）齿轮载荷分布系数k B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
11、 B 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K q=1.37。H 0综上所述，最终确定齿轮系数K= KKKK =1.35 x 1 x 1 x 1.37=1.8A V a 01. 2. 3齿轮传动的设计参数、许用应力的选择1压力角a的选择我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为a =20。2.齿数z的选择为使齿轮免于根切，对于a =20的标准直齿轮，应取z17，这里取Z二20。173齿宽系数e的选择d由于齿轮做悬臂布置，取e =o.6d4.预计工作寿命10年，每年250个工作日，每个工作日10个小时L h =10 x 250 x 10=25000h5.齿轮的
12、许用应力 按下式计算1 K aC二一n_limS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。K 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N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;Lh为齿轮工作寿命（单位为“，则齿轮工作应力循环次数N按下式计算:N=60njL hn 暂取 10，贝V N=60x 10x25000=1.5x 107o查机械设计表10-18可得K =1.3。Nalim齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用a代入；接触疲劳极限用a代入，查FEHlim机械设计
13、图10-21得a =980。1500HlimK =1.3S=1HNK aHNHlimS1.3 x 9801二 1274MPa1950a 二 780MPa 850FEK 二 1FNS=1.4KaHFFES780 x 11.4二 557.1MPa607.1（双向工作乘以0.7） 424.97当齿数z=2017时，齿形系数Y =2.8 2.97 应力校正系数Y =1.551.52FaSa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2 KT Y YdFi2x Kx K xT Y Y m 3mx -3 e x z 2q 1d 1F14-134)K 开式齿轮磨损系数，K =1.25 （机械设
14、计手册（3卷）mm转矩T =95.5 x105PN.mmn（1式）n mz = v x 60 x 1000238.8所以 n =v=0.8n=899.2/mm将1式、2式及各参数代入计算公式得:（2式）2 x 1.8 x 95.5 x 105 x 120 x 2.8 x 1.55 m 2 0.6 x 202 x 557.1 x 238.8解得：m 23.72 ； 20取 m=25 那么 n=9.5，取 n=1095.5 x 105 x 12010=1.146 x 105 N.m齿面接触疲劳强度计算公式：d 彳戲”乎弓（角）dH式中t 的单位为Mpa，d的单位为mm，其余各符号的意义和单位同前。H由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以四=1uZ为弹性影响系数，单位MPa；，其数值查机械设计表，取Z =189.8MPa2，如表EE2-1所示：表2-1材料特性系数ZE计算，试求齿轮分度圆直径:d工2珂罟 角)2 =2.32
