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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V3 500mm / s, 又 V3d3 n3 1 ，取 Z1Z3 20， m 3.25mm, B1B2 25mm, 由此可60得 d1 d3 mZ65mm 2 ，由（1）与（2）联立解得 n2 n3147r / min ，取 i12 4z2n14得 n1 588r / min, z280则由 i12n2z12.齿轮 1 齿轮 2 与齿轮 3 几何尺寸确定齿顶高齿根高齿高ha1ha2ha3m h anxn3.2510.75.525mmh f
2、1hf 2hf 3m h anc nxn3.2510.25 0.7 1.79mmh1h2h3ha hf7.315mm分度圆直径d1d3mz / cos3.25 20 / cos12 066.46 mm, d2mz / cos3.25 80 / cos120265.84mm12齿顶圆直径齿根圆直径d a1da3d12ha177.51mm, da 2d22ha 2277.34mmd f 1d f 3d12hf 162.88mm, d f 2d22h f 2262.26mm基圆直径db1db 3d1 cos66.46cos20062.45mm,db2d2 cos249.8mm法向齿厚为sn1sn2s
3、n32xn tan n mn12 0.7 0.364 3.25 6.759mm22.端面齿厚为st1 st 2 st 32xt tan t mt20.70.367 3.32 6.94mm22cos 2齿距p1p2p3m3.143.2510.205mm3. 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，故齿距取z=120pm 3.14 3.25 10.20
4、5mm，则长度 Lpz 10.205120 1224.6mm ，取螺旋角80 。端面模数 m tm / cos3.25 / cos803.28mm端面压力角ttan / cos0.364 / 0.990.37端面齿距 ptmt3.143.2810.3mm齿顶高 h amnh anxn3.251 0.75.525mm齿根高 h fmnh anc nxn3.2510.25 0.7 1.79mm齿高 h hahf 5.5251.797.315mm;.法面齿厚 sn2xn tan n mn2 0.7 0.364 3.25 6.76mm22端面厚度 st20.7 / cos20.3673.286.85m
5、m2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
6、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（
7、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12 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PFVF= 610 5 NV1 取 0.8 （米 / 秒）;.P61050.8480KW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P480KWP4120KW4转矩公式：95.5105 PTN.mmn595.510120所以 转矩T=N .mm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 A 、动载系数
8、KV 、齿间载荷分配系数 K及齿向载荷分配系数K ，即K=K A KV K K1）使用系数 K 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 K A 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KV ，如图 2-1 所示。;.图 2-1 动载系数 KV
9、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K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 HK F1 。4）齿轮载荷分布系数K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 H =1.3
10、7。综上所述，最终确定齿轮系数K=K A KV K K=1.351 11.37=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d 的选择由于齿轮做悬臂布置，取d =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L h =10 250 10=25000h5. 齿轮的许用应力按下式计算K NlimS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
11、算时，取 S=1.251.5 。K N 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=60nj L hn 暂取 10，则 N=6010 25000=1.5 107 。查机械设计表 10-18 可得 K N =1.3 。lim 齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用FE 代入；接触疲劳极限用Hlim代入，查机械设计图 10-21 得Hlim=980。1500K HN =1.3S=1K HN ?Hlim1.3
12、9801274MPa 1950H1SFE 780MPa850K FN 1S=1.4K HF ? FE780 1607.1 （双向工作乘以0.7） 424.97FS557.1MPa1.4;.当齿数 z=2017 时，齿形系数 YFa =2.8 2.97应力校正系数 YSa =1.551.52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：m 32KT2? YFaYSad zFm2KKm TYFa YSa K 开式 磨 系数， K=1.25（机械 手册 （ 3 卷）3z12F mmd14-134 ）转矩 T95.5105 P（ 1 式）N.mmnn mzv 60 1000所以 n238
13、.8（2 式）v=0.8 n=899.2/mm将 1 式、 2 式及各参数代入计算公式得：m 221.895.510 51202.81.550.620 2557.1238.8解得： m23.72； 20取 m=25 那么 n=9.5 ，取 n=10T95.51051201.146105 N.m10齿面接触疲劳强度计算公式：KTu1Z E2d 2.32 3?（）duH式中H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u1 =1u11Z E 为弹性影响系数， 单位 MPa 2 ，其数值查机械设计表，取 ZE =189.8 MPa
14、 2 ，如表 2-1 所示：;.表 2-1 材料特性系数 ZE计算，试求齿轮分度圆直径：KTu1Z E1.8 1.146 105189.82d 2.322456.75mm3?（） =2.32 3duH0.61274通过模数计算得： m=25，z=20 所以分度圆直径 d=25 20=500mm 所以取两者偏大值 d=500mm计算齿宽b=d ? d =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;.;.