齿轮齿条的设计

1、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，

2、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N350HBS），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 = FxVF=6 x 105 NV1取0.8 （米/秒）P = 6 x 105 x 0.8 = 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P，= P4 =噌=120 KW转矩公式:丁 95.5 x105户T =N.mmn95.5 x 10

3、5 x 120 v所以转矩T=N .mmn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.、动载系数七、齿间载荷 分配系数K及齿向载荷分配系数Kg，即K= KKK K g1）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Ka取1.35。2）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

4、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1，如图2-1所示。图2-1动载系数KV由于速度v很小，根据上图查得，KV取1.0。3）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Kg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

5、系数K g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*g=1.37。综上所述，最终确定齿轮系数K= KAKKKg =1.35x 1 x 1 x 1.37=1.81.2.3齿轮传动的设计参数、许用应力的选择压力角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。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zN17,这里取z=20。 17齿宽系数气的选择由于齿轮做悬臂布置，取8广0.6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 x10=25000h齿轮的许用应力按下式计算= MmS式中：S疲劳强

6、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。Kn 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；Lh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=60njL hn 暂取 10，则 N=60 x 10 x25000=1.5x10 7。查机械设计表10-18可得Kn =1.3。blim齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用b fe代入；接触疲劳极限用bHlim代入，查机械设计图10-21得b hi. =980。1500Khn

7、 =1.3S=1b = Khn 9HlimH S1.3 x 9801= 1274MPa 1950b fe = 780MPa 850K = 1S=1.4（双向工作乘以0.7） 424.97应力校正系数Ys =1.55b = Khf 9FE = 780 x1 = 557.1MPa 607 1f S 1.4607.1当齿数z=2017时，齿形系数Yf=2.8 2.971.52基本参数选择完毕1.2.4齿轮的设计计算 12 KT Y Y TOC o 1-5 h z 齿轮的设计计算公式： 3 z 2b m .2x Kx Km xT x W K 一开式齿轮磨损系数，K =1.25 （机械设计手39 x Z

8、2b mm册（3 卷）14-134）住柘 . 95.5 x 105P（1式）转矩 T =N.mmnn mz = v x 60 x1000238.8所以n = v=0.8 n=899.2/m（2 式）m将1式、2式及各参数代入计算公式得：2 x 1.8 x 95.5 x 105 x 120 x 2.8 x 1.55m 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 1201=1.146 x 105 N.m齿面接触疲劳强度计算公式：d 2.32 .K 些1 （召）23 勺 U b h J式中b

9、 J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，所以些1 =1uZe为弹性影响系数，单位MPa2，其数值查机械设计表，取Ze =189.8 MPa：， 如表2-1所示：表2-1材料特性系数ZE材料特性系数迎小齿轮材膈大齿宅材料钢铸钢球墨铸铁.铸铁.锡音铜铸锡青铜织物层压塑 料钢1109. B100.91S1.4162.0159.0155.056.4铸钢188.0180. 5161.4球墨铸铁173.9156.6铸铁143. 7计算，试求齿轮分度圆直径:d Z 2.32 K .些1 （召）2 = 2.32五正、呼f = 456.75mm3 勺 u 财 30.6 1274）通过模数计算得：m=25，z=20所以分度圆直径d=25x 20=500mm所以取两者偏大值d=500mm计算齿宽b