齿轮齿条传动机构的设计和计算

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,/503smV160d33nV,25,25.0131mBmZ，得，由（1）与（2）联立解得，取5d1Zin/r47n3则由得4i24i212nz80in,/5821zr2.齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定齿顶高mxhmhnaaa52.70125.3321齿根高cfff79.1齿高fa.7321分度圆直径mmzdmzd84.2651cos/8025.3cos/,46.1cos/05.cos/020131齿顶圆直径hdhdaaaa34.7,51.7222131齿根圆直径mmfffff686d基圆直径bb8.29cos,4.60cos4.cos2131法向齿厚为mmxsnnnn759.62.34.072ta2s13212端面齿厚为mmxsttttt94.632.7.0cos.2an22321齿距p05.12.343213.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02，则长度，取mm205.1.34pmzL6.12405.1p螺旋角。08端面模数mt28.3cos/25.3cos/0端面压力角7964ant端面齿距mtt.108.p齿顶高mxhnana52.253齿根高c79.10.f齿高fa179.3法面齿厚mmxnnn76.25.364.072ta2s端面厚度t8.36.0cos/7.2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41.1.2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FPF=N5106取0.8（米/秒）VKWP480.5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KWP1204转矩公式：N.mm59.10Tn5所以转矩T=mNn.1205.9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AKV系数及齿向载荷分配系数，即KK=AV1）使用系数A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。AK2）动载系数V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。VK图2-1动载系数VK6由于速度v很小，根据上图查得，取1.0。VK3）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。1HFK4）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。K根据机械设计表10-4取=1.37。HK综上所述，最终确定齿轮系数K=1.35111.37=1.8AVK123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d由于齿轮做悬臂布置，取=0.6d4.预计工作寿命10年，每年250个工作日，每个工作日10个小时=1025010=25000hhL5.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7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NK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：hLN=60njLn暂取10，则N=601025000=1.5。710查机械设计表10-18可得=1.3。NK齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用代入；接触疲劳极限用代入，limFEHlim查机械设计图10-21得=980。1500Hlim=1.3S=1HNK1950Hlim1.3980274MPaS850S=1.4780FEMPaFNK607.1（双向工作乘以0.7）424.9778015.4HFEPaS当齿数z=2017时，齿形系数=2.82.97应力校正系数=1.551.52FaYSaY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：32FaSdYKTmzKm开式齿轮磨损系数，Km=1.25（机械设计手册（3321FSadmYzTK卷）14-134）8转矩N.mm（1式）59.10PTn601nmzv所以v=0.8n=899.2/m（2式）238.将1式、2式及各参数代入计算公式得：2m8.231.5706.59812解得：；207.3取m=25那么n=9.5，取n=10N.m551046.102.9T齿面接触疲劳强度计算公式：E3dHZKTu12.2（）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。H由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以=1u1为弹性影响系数，单位，其数值查机械设计表，取=189.8，如EZ12MPaEZ12MPa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：=456.75mmE3dHZKTu12.2（）3.251748.96.0418通过模数计算得：m=25，z=20所以分度圆直径