齿轮齿条传动机构设计说明书

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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,/5003smmV又160d333nV，取,25,25.3202131mmBBmmmZZ，由此可得265d31mmmZd，由（1）与（2）联立解得min/r147n32n，取4i12则由4i211212nnzz得80min,/58821zrn

2. 齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定

齿顶高 mmxhmhhhnanaaa525.57.0125.3321

齿根高 mmxchmhhnnanfff79.17.025.0125.3h321

齿高 mmhhhhfa315.7h321

分度圆直径

mmmzdmmmzd84.26512cos/8025.3cos/,46.6612cos/2025.3cos/d0220131

齿顶圆直径 mmhddmmhddaaaaa34.2772,51.772d2221131

齿根圆直径 mmhddmmhddfffff26.2622,88.622d2221131

基圆直径 mmddmmddbbb8.249cos,45.6220cos46.66cosd220131

法向齿厚为

mmmxssnnnnnn759.625.3364.07.022tan22s1321

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专业知识整理分享 端面齿厚为

mmmxsstttttt94.632.3367.0cos7.022tan22s2321

齿距 mmmpp205.1025.314.3p321

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020，则齿数z=120，故齿距取mmm205.1025.314.3p，则长度mmzL6.1224120205.10p，取

螺旋角08。

端面模数mmmt28.38cos/25.3cos/m0

端面压力角37.099.0/364.0cos/tant

端面齿距mmmtt3.1028.314.3p

齿顶高mmxhmnanna525.57.0125.3h

齿根高mmxchmnnann79.17.025.0125.3hf

齿高 mmhhfa315.779.1525.5h WORD格式可编辑

专业知识整理分享 法面齿厚mmmxnnnn76.625.3364.07.022tan22s

端面厚度mmt85.628.3367.0cos/7.022s2

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

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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，应采用硬齿面（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 WORD格式可编辑

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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 VFP

F=N5106

1V取0.8（米/秒）

KWP4808.01065

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

KWKWPP12044804

转矩公式：

595.510PTnN.mm

所以转矩 T=mmNn.120105.955

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AK、动载系数VK、齿间载荷分配系数K及齿向载荷分配系数K，即

K=AVKKKK

1）使用系数AK

是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加载荷影响的系数。 WORD格式可编辑

专业知识整理分享 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AK取1.35。

2）动载系数VK

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VK，如图2-1所示。

图2-1动载系数VK

由于速度v很小，根据上图查得，VK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1HFKK。

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 WORD格式可编辑

专业知识整理分享 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HK=1.37。

综上所述，最终确定齿轮系数K=AVKKKK=1.35111.37=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α的选择

我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为α=20°。

2.齿数z的选择

为使齿轮免于根切，对于α=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

hL=1025010=25000h

5.齿轮的许用应力

按下式计算

NlimKS

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。 WORD格式可编辑

专业知识整理分享 NK——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；hL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=60njhL

n暂取10，则N=601025000=1.5710。

查机械设计表10-18可得NK=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。1500

HNK=1.3 S=1

HNHlimHK1.39801274MPaS1 1950

780FEMPa 850 1FNK S=1.4

7801557.11.4HFFEFKMPaS 607.1 （双向工作乘以0.7）424.97

当齿数z=20 17 时，齿形系数FaY=2.8 2.97 应力校正系数SaY=1.55 1.52

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：322FaSdFYYKTmz

321][2FSaFadmYYzTKKm……………Km—开式齿轮磨损系数，Km=1.25（机械设计手册（3卷）14-134）