齒輪齒條的設(shè)計(jì)

1、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(guò)程中應(yīng)考慮的因素也很多，主要以以下幾點(diǎn)作為參考原則：1） 齒輪齒條的材料必須滿足工作條件的要求。2） 應(yīng)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(diào)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(dòng)，要求齒輪尺寸盡可能小，應(yīng)采用表面硬化處理的高強(qiáng)度合金鋼。 6）金屬制的軟齒面齒輪，配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為3050HBS或者更多。鋼材的韌性好，耐沖擊

2、，還可通過(guò)熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度，故適用于來(lái)制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大，應(yīng)采用硬齒面（硬度350HBS），故選取合金鋼，以滿足強(qiáng)度要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。1.2齒輪齒條的設(shè)計(jì)與校核121起升系統(tǒng)的功率設(shè)V為最低起鉆速度（米/秒），F(xiàn)為以V起升時(shí)游動(dòng)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(gè)起升系統(tǒng)由四個(gè)液壓馬達(dá)所帶動(dòng)，所以每部分的平均功率為轉(zhuǎn)矩公式： N.mm所以轉(zhuǎn)矩 T=式中n為轉(zhuǎn)速（單位r/min） 各系數(shù)的選定計(jì)算齒輪強(qiáng)度用的載荷系數(shù)K，包括使用系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù)，即 K=1）使用系數(shù)是考慮齒輪嚙

3、合時(shí)外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。該齒輪傳動(dòng)的載荷狀態(tài)為輕微沖擊，工作機(jī)器為重型升降機(jī)，原動(dòng)機(jī)為液壓裝置，所以使用系數(shù)取1.35。2）動(dòng)載系數(shù)齒輪傳動(dòng)不可避免地會(huì)有制造及裝配誤差，輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形，對(duì)于直齒輪傳動(dòng)，輪齒在嚙合過(guò)程中，不論是有雙對(duì)齒嚙合過(guò)渡到單對(duì)齒嚙合，或是有單對(duì)吃嚙合過(guò)渡到雙對(duì)齒嚙合的期間，由于嚙合齒對(duì)的剛度變化，也要引起動(dòng)載荷。為了計(jì)及動(dòng)載荷的影響，引入了動(dòng)載系數(shù)，如圖2-1所示。圖2-1動(dòng)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)一對(duì)相互嚙合的斜齒（或直齒）圓柱齒輪，有兩對(duì)（或多對(duì)）齒同時(shí)工作時(shí)，則載荷應(yīng)分配在這兩對(duì)（或多對(duì)）齒上。對(duì)于

4、直齒輪及修形齒輪，取。4）齒輪載荷分布系數(shù)當(dāng)軸承相對(duì)于齒輪做不對(duì)稱配置時(shí)，受災(zāi)前，軸無(wú)彎曲變形，齒輪嚙合正常，兩個(gè)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(jì)算齒輪強(qiáng)度時(shí)，為了計(jì)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(lái)表征齒面上載荷分布不均勻的程度對(duì)齒輪強(qiáng)度的影響。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4取=1.37。綜上所述，最終確定齒輪系數(shù)K=1.35111.37=1.8123 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力的選擇1.壓力角的選擇我國(guó)對(duì)一般用途的齒輪傳動(dòng)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為=20°。2.齒數(shù)z的選擇為使齒輪免于根切，對(duì)于=20

5、°的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，應(yīng)取z17，這里取z=20。 173齒寬系數(shù)的選擇由于齒輪做懸臂布置，取=0.64.預(yù)計(jì)工作壽命10年，每年250個(gè)工作日，每個(gè)工作日10個(gè)小時(shí)=1025010=25000h 5.齒輪的許用應(yīng)力 按下式計(jì)算式中：S疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)。對(duì)于接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，取S=1；進(jìn)行齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，取S=1.251.5。 考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù)，稱為壽命系數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的計(jì)算方法是：設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速（單位為r/min）；j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，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(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計(jì)算： N=60njn暫取10，則N=6010250

6、00=1.5。查機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)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(dāng)齒數(shù)z=20 17 時(shí)，齒形系數(shù)=2.8 2.97 應(yīng)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(shè)計(jì)計(jì)算齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算公式： Km開(kāi)式齒輪磨損系數(shù)，Km=1.25（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（3卷）14-134）轉(zhuǎn)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(jì)算公式得：解得：；20取m=25 那么n=9.5，取n=10N.m齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算公式：式中的單位為Mpa，d的單位為mm，其余各符號(hào)的意義和單位同前。由于本傳動(dòng)為齒輪齒條傳動(dòng)，傳動(dòng)比近似無(wú)窮大，所以=1 為彈性影響系數(shù)，單位，其數(shù)值查機(jī)械設(shè)計(jì)表，取=189.8，如表2-1所示： 表2-1 材料特性系數(shù)計(jì)算，試求齒輪分度圓直徑：=456.75mm通過(guò)模數(shù)計(jì)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(jì)算齒寬 b=0.6500=300mm齒高 h=2.25m=2.2525=56.2