齿轮齿条传动机构设计说明.docx
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齿轮齿条传动机构设计说明
由齿条的传动速度为
V3500mm/s,又V3
60
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
500mm/s,可以得到齿轮3的速度为500m/s,即
1,取Z1Z320,m3.25mm,BB225mm,由此可
2.
齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定
分度圆直径
基圆直径
db1db3d1cos66.46cos20062.45mm,db2d2cos249.8mm
法向齿厚为
sn1sn2sn3
—2xntannmn^—20.70.3643.256.759mm
22
端面齿厚为
3.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z=120,故齿距取
Pm3.143.2510.205mm,则长度Lpz10.2051201224.6mm,取
螺旋角
80。
端面模数
mt
m/cos
3.25/COS803.28mm
端面压力角t
tan/cos
0.364/0.990.37
端面齿距
Pt
mt3.14
3.28
10.3mm
齿顶咼ha
mn
hanxn
3.25
10.75.525mm
齿根高hf
mn
hancn
Xn
3.2510.250.7
齿高h
hah
f5.525
1.79
7.315mm
1.79mm
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。
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30〜50HBS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,应米用硬齿面(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
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PFV
F=6105N
V1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
P肱480KW120KW
转矩公式:
95.5105P
TN.mm
n
所以转矩T=95.510一120N.mm
式中n为转速(单位r/min)
122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Ka、动载系数Kv、齿间载荷分配系
K=
数K及齿向载荷分配系数K,即
KaKvKK
1)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
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KhKf1。
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Kh=1.37。
综上所述,最终确定齿轮系数K=KaKvKK=1.35111.37=1.8
1.2.3齿轮传动的设计参数、许用应力的选择
1.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°。
2.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z>17,这里取z=20。
17
3.齿宽系数d的选择
由于齿轮做悬臂布置,取d=0.6
4.预计工作寿命
10年,每年250个工作日,每个工作日10个小时
Lh=1025010=25000h
5.齿轮的许用应力
按下式计算
KNlim
S
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
曲疲劳强度计算时,取S=1.25~1.5。
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=60njLh
n暂取10,贝UN=601025000=1.5107。
查机械设计表10-18可得Kn=1.3。
Khn=1.3S=1
当齿数z=2017时,齿形系数Ypa=2.82.97应力校正系数Ysa=1.551.52
基本参数选择完毕
124齿轮的设计计算
14-134)
221.895.51051202.81.55
m2
0.6202557.1238.8
解得:
m23.72;20
取m=25那么n=9.5,取n=10
T95.51051201.146105N.m
10
齿面接触疲劳强度计算公式:
d2.32』KT?
~^(-Z=)2
式中H的单位为Mpad的单位为mm其余各符号的意义和单位同前。
11
Ze为弹性影响系数,单位MPa2,其数值查机械设计表,取Ze=189.8MPa',如表
2-1所示:
表2-1材料特性系数Ze
材料特性系数血
小齿轮材科
大齿艳材料
钢
铸钢
球墨铸铁
铸铁
织物层压璽
►
13Q.S
162.0
15S.S
155.0
Be.4
辭
les.o
160.5
1J61.4
球墨铸铁
173.9
isa.s
铸铁
143.7
计算,试求齿轮分度圆直径:
fI52
」cccktcU1/Ze、2j1.81.146105189.8
0.6
d2.323——?
(——)=2.323456.75mm
VdUH\0.61274
m=25z=20所以分度圆直径d=2520=500mmd=500mm
通过模数计算得:
所以取两者偏大值
计算齿宽
b=
d?
d=0.6
500=300mm
25=56.25mm
齿数z=20
齿高h=56.25mm
转速n=10r/min
2-2所示:
齿高h=2.25m=2.25
最终确定齿轮数据:
模数m=25
分度圆直径d=500mm
齿宽b=300mm
因此齿轮齿条的最终设计图形如图
图2-2齿轮齿条的设计图
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