齿轮齿条设计计算举例.docx
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齿轮齿条设计计算举例.docx
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第四章齿轮设计
4.1 齿轮参数的选择[8]
齿轮模数值取值为m=10,主动齿轮齿数为z=6,压力角取α=20°,齿轮螺旋角为β=°,齿条齿数应根据转向轮达到的值来确定。
齿轮的转速为n=10r/min,齿轮传动力矩2221N,转向器每天工作8小时,使用期限不低于5年.
主动小齿轮选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火,而齿条常采用45号钢或41Cr4制造并经高频淬火,表面硬度均应在56HRC以上。
为减轻质量,壳体用铝合金压铸。
4.2 齿轮几何尺寸确定[2]
齿顶高ha=,ha=17
齿根高hf,hf=5.5
齿高h=ha+hf=17+5.5=22.5
分度圆直径d=mz/cosβ=d=61.348
齿顶圆直径da=d+2ha=61.348+2×17=95.348
齿根圆直径df=d-2hf=61.348-2×11基圆直径 db=57.648
法向齿厚为
×4=18.372
端面齿厚为
×4=21.1
分度圆直径与齿条运动速度的关系d=60000v/πn10.001m/s
齿距p=πm=3.14×10=31.4
齿轮中心到齿条基准线距离H=d/2+xm=37.674()
4.3 齿根弯曲疲劳强度计算[11]
4.3.1齿轮精度等级、材料及参数的选择
(1)由于转向器齿轮转速低,是一般的机械,故选择8级精度。
(2)齿轮模数值取值为m=10,主动齿轮齿数为z=6,压力角取α=20°.
(3)主动小齿轮选用20MnCr5或15CrNi6材料制造并经渗碳淬火,硬度在56-62HRC之间,取值60HRC.
(4)齿轮螺旋角初选为β=°,变位系数x=0.7
4.3.2齿轮的齿根弯曲强度设计。
(1)试取K=
(2)斜齿轮的转矩T=2221N·m
(3)取齿宽系数
(4)齿轮齿数
(5)复合齿形系数=
(6)许用弯曲应力=0.7=0.7920=644N/
为齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值。
≧9.9
试取=10mm
(7)圆周速度
d=61.348mm
b=d=0.8×61.348=49.0784取b=49mm
v=0.032m/s
(8)计算载荷系数
1)查表得使用系数=1
2)根据v=0.032m/s,和8级精度,查表得
3)查表得 齿向载荷分布系数
4)查表得 齿间载荷分布系数
5)修正值计算模数=9.215故前取10mm不变.
4.3.3齿面接触疲劳强度校核
校核公式为
(1)许用接触应力
查表得
由图得
安全系数
(2)查表得 弹性系数 .
(3)查表得 区域系数 .
(4)重合度系数 =
(5)螺旋角系数 =
Map1650MPa
由以上计算可知齿轮满足齿面接触疲劳强度,即以上设计满足设计要求。
第五章齿条的设计
5.1齿条的设计[6]
根据齿轮齿条的啮合特点:
(1)齿轮的分度圆永远与其节圆相重合,而齿条的中线只有当标准齿轮正确安装时才与其节圆相重合.
(2)齿轮与齿条的啮合角永远等于压力角.
因此,齿条模数m=10,压力角
齿条断面形状选取圆形
选取齿数z=28,螺旋角
端面模数 10.1012
端面压力角
法面齿距 π31.4
端面齿距 =31.716
齿顶高系数
法面顶隙系数
齿顶高 17.85
齿根高 5.5
齿高 h=ha+hf=23.35
法面齿厚 18.372
端面齿厚 21.1
第六章 齿轮轴的设计[4]
由于齿轮的基圆直径57.65,数值较小,若齿轮与轴之间采用键连接必将对轴和齿轮的强度大大降低,因此,将其设计为齿轮轴.由于主动小齿轮选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火,因此轴的材料也选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火.
查表得:
20MnCr5材料的硬度为60HRC,抗拉强度极限,屈服极限,弯曲疲劳极限,剪切疲劳极限,转速n=10r/min
根据公式[5]
忽略磨损,根据能量守衡,作用在齿轮齿条上的阻力矩为,作用在齿轮上的轴向力为,
作用在齿轮上的切向力为
弯曲疲劳强度校核
=F/=/3.14MPa<
剪切疲劳强度校核
=F/=/3.14<300MPa
抗拉强度校核
满载时的阻力矩为
齿轮轴的最小直径为d=8mm,在此截面上的轴向抗拉强度为
=F/=1/3.1414=MPa<1100Mpa
本设计选择齿轮轴直径D=20
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