齒輪齒條傳動機構設計說明

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1、 齒輪齒條傳動機構的設計和計算 1. 齒輪1，齒輪2與齒輪3基本參數(shù)的確定 由齒條的傳動速度為500mm/s,可以得到齒輪3的速度為500m/s,即又，取由此可得，由（1）與（2）聯(lián)立解得，取則由得 2.　齒輪1齒輪2與齒輪3幾何尺寸確定 齒頂高 齒根高 齒高 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑　　　 法向齒厚為　　 　 　　　　　　　　　　 端面齒厚為　　 　　 　　　　　　　　　　 齒距 3.

2、 齒輪材料的選擇及校核 齒輪選用45號鋼或41Cr4制造并經(jīng)調質，表面硬度均應在56HRC以上。為減輕質量，殼體用鋁合金壓鑄。由于轉向器齒輪轉速低，是一般的機械，故選擇7級精度。 經(jīng)校核，齒輪滿足強度及剛度的要求。 4. 齒條的設計 取齒條的模數(shù)m=3.25,壓力角，則齒數(shù)z=120，故齒距取，則長度，取 螺旋角。 端面模數(shù) 端面壓力角 端面齒距 齒頂高 齒根高 齒高 法面齒厚 端面厚度 齒條選用45號鋼或41Cr4制造并經(jīng)調質，表面硬度均應在56HRC以上，選擇7級精度。 5. 齒輪軸的設計 碳素鋼價格低廉，鍛造工藝性能好，對載荷較大，較為重要的場

3、合，以45號鋼最為常用。經(jīng)校核，齒輪軸滿足強度及剛度的要求。 6. 電機的選擇 因為齒輪1的轉速為588r/min，由此可得電機的轉速應該大于此值，因此可以選擇功率合適的電動機，如Y132S-8，功率為2.2KW，轉速為750r/min。 參考文獻： 機械原理， 孫恒主編 機械設計， 姚桂英主編 1.1.2齒輪齒條的材料選擇 齒條材料的種類很多，在選擇過程中應考慮的因素也很多，主要以以下幾點作為參考原則：

4、1） 齒輪齒條的材料必須滿足工作條件的要求。 2） 應考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。 3） 正火碳鋼，不論毛坯制作方法如何，只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊 工作下的齒輪，不能承受大的沖擊載荷；調制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。 4） 合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。 5） 飛行器中的齒輪傳動，要求齒輪尺寸盡可能小，應采用表面硬化處理的 高強度合金鋼。 6）金屬制的軟齒面齒輪，配對兩輪齒面的硬度差應保持為30～50HBS或者更多。 鋼材的韌性好，耐沖擊，還可通過熱處理或化學熱處理改善其力學性能及提高齒面硬度，故適用于來

5、制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大，應采用硬齒面（硬度≥350HBS），故選取合金鋼，以滿足強度要求，進行設計計算。 1.2齒輪齒條的設計與校核 1．2．1起升系統(tǒng)的功率 設V為最低起鉆速度（米/秒），F(xiàn)為以V起升時游動系統(tǒng)起重量（理論起重量，公斤）。 起升功率 F= 取0.8（米/秒） 由于整個起升系統(tǒng)由四個液壓馬達所帶動，所以每部分的平均功率為 轉矩公式： N.mm 所以轉矩 T= 式中n為轉速（單位r/min） 1.2.2 各系數(shù)的選定 計算齒輪強度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù)，即

6、 K= 1）使用系數(shù) 是考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。 該齒輪傳動的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機器為重型升降機，原動機為液壓裝置，所以使用系數(shù)取1.35。 2）動載系數(shù) 齒輪傳動不可避免地會有制造及裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，對于直齒輪傳動，輪齒在嚙合過程中，不論是有雙對齒嚙合過渡到單對齒嚙合，或是有單對吃嚙合過渡到雙對齒嚙合的期間，由于嚙合齒對的剛度變化，也要引起動載荷。為了計及動載荷的影響，引入了動載系數(shù)，如圖2-1所示。 圖2-1動載系數(shù) 由于速度v很小，根據(jù)上圖查得，取1.0。 3）齒間載荷分配系數(shù) 一

7、對相互嚙合的斜齒（或直齒）圓柱齒輪，有兩對（或多對）齒同時工作時，則載荷應分配在這兩對（或多對）齒上。 對于直齒輪及修形齒輪，取。 4）齒輪載荷分布系數(shù) 當軸承相對于齒輪做不對稱配置時，受災前，軸無彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個節(jié)圓柱恰好相切;受載后，軸產(chǎn)生彎曲變形，軸上的齒輪也就隨之偏斜，這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。 計算齒輪強度時，為了計及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象，通常以系數(shù)來表征齒面上載荷分布不均勻的程度對齒輪強度的影響。 根據(jù)機械設計表10-4取=1.37。 綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)K==1.35111.37=1.8 1．2．3 齒輪傳動的設

8、計參數(shù)、許用應力的選擇 1.壓力角α的選擇 我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標準壓力角為α=20。 2.齒數(shù)z的選擇 為使齒輪免于根切，對于α=20的標準直齒輪，應取z≥17，這里取z=20。 17 3．齒寬系數(shù)的選擇 由于齒輪做懸臂布置，取=0.6 4.預計工作壽命 10年，每年250個工作日，每個工作日10個小時 =1025010=25000h 5.齒輪的許用應力 按下式計算 式中：S——疲勞強度安全系數(shù)。對于接觸疲勞強度計算時，取S=1；進行齒根彎曲疲勞強度計算時，取S=1.25~1.5。 ——考慮應力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱為

9、壽命系數(shù)。應力循環(huán)次數(shù)N的計算方法是：設n為齒輪的轉速（單位為r/min）；j為齒輪每轉一圈時，同一齒面嚙合次數(shù)；為齒輪工作壽命（單位為h），則齒輪工作應力循環(huán)次數(shù)N按下式計算： N=60nj n暫取10，則N=601025000=1.5。 查機械設計表10-18可得=1.3。 ——齒輪疲勞極限。彎曲疲勞極限用代入；接觸疲勞極限用代入，查機械設計圖10-21得=980。1500 =1.3 S=1 1950 850 S=1.4 607.1 （雙向工作乘以0.7）424.97 當齒數(shù)z=20 1

10、7 時，齒形系數(shù)=2.8 2.97 應力校正系數(shù)=1.55 1.52 基本參數(shù)選擇完畢 1.2.4 齒輪的設計計算 齒輪的設計計算公式： ……………Km—開式齒輪磨損系數(shù)，Km=1.25（機械設計手冊（3卷）14-134） 轉矩 N.mm （1式） 所以 v=0.8 n=899.2/m （2式） 將1式、2式及各參數(shù)代入計算公式得： 解得：；20 取m=25 那么n=9.5，取n=

11、10 N.m 齒面接觸疲勞強度計算公式： 式中的單位為Mpa，d的單位為mm，其余各符號的意義和單位同前。 由于本傳動為齒輪齒條傳動，傳動比近似無窮大，所以=1 為彈性影響系數(shù)，單位，其數(shù)值查機械設計表，取=189.8，如表2-1所示： 表2-1 材料特性系數(shù) 計算，試求齒輪分度圓直徑： =456.75mm 通過模數(shù)計算得：m=25，z=20 所以分度圓直徑d=2520=500mm 所以取兩者偏大值d=500mm 計算齒寬 b==0.6500=300mm 齒高 h=2.25m=2.2525=56.25mm 最終確定齒輪數(shù)據(jù)： 模數(shù)m=25 齒數(shù)z=20 分度圓直徑d=500mm 齒高h=56.25mm 齒寬b=300mm 轉速n=10r/min 因此齒輪齒條的最終設計圖形如圖2-2所示： 圖2-2 齒輪齒條的設計圖 10