齿轮齿条传动中，只知道传递的扭矩为30N.M，其他什么条件都不知道，该从哪些参数算起确定齿轮的大小
2012-03-26 12:44网友采纳
先确定安装尺寸，因为齿轮装配肯定要尺寸限制的，也就是根据扭矩计算传动轴的直径，然后再确定传动比、齿轮类型，比如双圆弧齿轮或者渐开线齿轮等，进一步初定模数，分度圆直径，然后计算齿轮的其他参数，根据表面接触应力与齿根剪切应力反复演算修正，一般通过三四次就能得到自己想要的答案。
追问
我这是齿轮齿条传动啊大哥，没有传动比，我是先从齿轮方面开始设计的，外形什么的都没有限制呢
回答
。那你可以参照车床导轨下面的齿条设计啊，然后查设计手册正常计算就行，没有安装尺寸，初定个齿轮的模数与齿数就可以计算，计算理论还是表面接触强度与齿根疲劳强度。。用表面接触强度计算，然后齿根弯曲强度校核，不合适的话就返回去修正齿轮的模数与齿数，然后再计算。。。不过我说的这些是最原始的手动算法，现在应该有软件能够进行设计了。
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齿轮齿条，同步带，丝杠对比 齿轮齿条，承载力大，传动精度较高，可达0.1mm，可无限长度对接延续，传动速度可以很高，>2m/s，缺点：若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。典型用途：大版面钢板、玻璃数控切割机，建筑施工升降机可达30层楼高。 同步带，承载力较大，负载再大就要加宽皮带，传动精度较高，传动长度不可太大，否则需要考虑较大的弹性变形和振动，传动距离大尤其不适合精确定位、连续性运动控制，如大版面数控设备的XY轴，但是可用于伺服电机到传动齿轮或伺服电机到丝杠的短距离传动。优点：短距离传动速度可以很高，噪音低。典型用途:小型数控设备、某些打印机 丝杠，（1）普通梯形丝杠可以自锁，这是最大优点，但是传动效率低下，比上述二者低许多，所以不适合高速往返传动。缺点是时间久了传动间隙大，回程精度差，用在垂直传动较合适。 （2）滚珠丝杠不能自锁，传动效率高，精度高，噪音低，适合高速往返传动，但是水平传动时跨距大了要考虑极限转速和自重下垂变形，所以传动长度不可太大，要么改用丝母旋转丝杠不动，但还是不能太长，要么就用齿轮齿条。典型用途：数控机床，小版面数控切割机 应用上的区别？ 在长距离重负载直线运动上，丝杆有可能强度不够，就会导致机子出现震动、抖动等情况，严重的，会导致丝杆弯曲、变形、甚至断裂等等；而齿条就不会有这样的情况，齿条可以长距离无限接长并且高速运转而不影响齿条精度（当然这个跟装配、床身本身精度都有关系），丝杆就做不到这一点，但在短距离直线运动中，丝杆的精度明显要比齿条高得多。另外就是，齿条齿轮传动对于机子结构设计来讲要相对简单一些。反正，各有优劣，所以，丝杆有丝杆的市场，齿条有齿条的市场。互不影响。 当标准外齿轮的齿数增加到无穷多时，齿轮上的基圆和其它圆都变成了相互平行的直线，同侧渐开线齿廓也变成了相互平行的斜直线齿廓，这就是齿条。齿条与齿轮相比有以下两个特点： （1）由于齿条齿廓是直线，所以齿廓上各点的法线是平行的。又由于齿条在传动时作平动，齿廓上各点的速度大小、方向都相同，所以齿条上各点的压力角都相等，等于齿廓的倾斜角（齿形角），标准值是。 （2）与齿顶线平行的各直线上的齿距都相同，模数为同一标准值，其中齿厚与齿槽宽相等且与齿顶线平行的直线称为中线，它是确定齿条各部分尺寸的基准线。 标准齿条的齿部尺寸与，与标准齿轮相同。 但是在进行冲压的加工时，由于在冲压过程中冲压行程是工作行程，而返回时是非工作过程，则在加工工件时要尽量满足工件在返回时减少时间。所以要满足此机构有急回特性。但是齿轮齿条不能满足急回的特性，不能增加工件的冲压加工效率，齿轮齿条加工的运动形式不符合；则排除此工艺的加工方式。
齿轮齿条传动设计计算 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】
1. 选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数 1） 选用直齿圆柱齿轮齿条传动。 2） 速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。 3） 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS ， 齿条材料为45钢（调质）硬度为240HBS 。 4） 选小齿轮齿数Z 1=24，大齿轮齿数Z 2=∞。 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即 d 1t ≥2.32√K t T 1φd ?u +1u (Z E [σH ])23 (1) 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数K t =。 2） 计算小齿轮传递的转矩。（预设齿轮模数m=8mm,直径d=160mm ） T 1=95.5×105P 1n 1=95.5×105×0.24247.96 =2.908×105N ?mm 3) 由表10-7选齿宽系数φd =0.5。 4）由表10-6查得材料的弹性影响系数Z E =189.8MPa 12 。 5）由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa ;齿条的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa。 6）由式10-13计算应力循环次数。 N 1=60n 1jL h =60×7.96×1×(2×0.08×200×4)=6.113×104 7)由图10-19取接触疲劳寿命系数K HN1=1.7。 8）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 [σH ]1= K HN1σHlim1S =1.7×600MPa =1020MPa (2) 计算 1） 试算小齿轮分度圆直径d t1,代入[σH ]1。
《机械设计基础课程》习题 第1章机械设计基础概论 1-1 试举例说明机器、机构和机械有何不同？ 1-2 试举例说明何谓零件、部件及标准件？ 1-3 机械设计过程通常分为几个阶段？各阶段的主要内容是什么？ 1-4 常见的零件失效形式有哪些？ 1-5 什么是疲劳点蚀？影响疲劳强度的主要因素有哪些？ 1-6 什么是磨损？分为哪些类型？ 1-7 什么是零件的工作能力？零件的计算准则是如何得出的？ 1-8 选择零件材料时，应考虑那些原则？ 1-9 指出下列材料牌号的含义及主要用途：Q275 、40Mn 、40Cr 、45 、ZG310－570 、QT600－3。 第2章现代设计方法简介 2-1 简述三维CAD系统的特点。 2-2 试写出优化设计数学模型的一般表达式并说明其含义。 2-3 简述求解优化问题的数值迭代法的基本思想。 2-4 优化设计的一般过程是什么？ 2-5 机械设计中常用的优化方法有哪些？ 2-6 常规设计方法与可靠性设计方法有何不同？ 2-7 常用的可靠性尺度有那些？ 2-8 简述有限元法的基本原理。 2-9 机械创新设计的特点是什么？ 2-10 简述机械创新设计与常规设计的关系。 第3章平面机构的组成和运动简图 3-1 举实例说明零件与构件之间的区别和联系。 3-2 平面机构具有确定运动的条件是什么? 3-3 运动副分为哪几类？它在机构中起何作用？ 3-4 计算自由度时需注意那些事项？ 3-5 机构运动简图有何用途？怎样绘制机构运动简图？ 3-6 绘制图示提升式水泵机构的运动简图，并计算机构的自 由度。 3-7 试绘制图示缝纫机引线机构的运动简图，并计算机构的 自由度。 3-8 试绘制图示冲床刀架机构的运动简图，并计算机构的自 由度。 3-9 试判断图a、b、c所示各构件系统是否为机构。若是，
4.1 齿轮参数的选择[8] 齿轮模数值取值为m=4，齿轮齿数为z=150，压力角取α=20°,标准齿轮各部分尺寸都与模数有关，且都与模数成正比。规定齿顶高ha=h *a m, h * a 和c *分别称为齿顶高系数和顶隙系数。正常齿制齿轮h *a =1, c *=0.25。 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 h a =h *a m=1×4, h a =4 mm 齿根高 h f =( h *a + c *)m ， h f =（1+0.25）×4=5 mm 齿高 h = h a + h f =4+5， h=9 mm 分度圆直径 d =mz d=4×150=600 mm 齿顶圆直径 d a =d+2 h a d a =608 mm 齿根圆直径 d f = d-2 h f =600-2×5=590mm 基圆直径 d b =d αcos =564mm 齿厚为 s=p/2=πm/2=6.28 齿槽宽 e= p/2=πm/2=6.28 齿距 p=πm=3.14×4=12.56 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=4，齿轮齿数为z=150，压力角取α=20°. （3） 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. 4.3.2齿轮的齿根弯曲强度设计。 σF =z bm KT 22Y F Y S ≤[σF ] m ≥32] [2F S F d Y Y z KT σψ? T=9.55×106×ω ωn P [σF ]= F F N S Y lim σ
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=12°，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２221Ｎm ?，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 = () ()mm h m n an n 25.47.015.2=+?=+* χ,ha=17 齿根高 hf () ()mm c h m n n an n 375.17.025.015.2=-+?=-+=* *χ ,hf 齿高 h = ha+ hf =17+5.5=22.5 分度圆直径 d =mz/cos β=mm 337.1512cos 6 5.2=? 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 mm d d b 412.1420cos 337.15cos =?== α db=57.648 法向齿厚为 5 .2364.07.022tan 22???? ????+=??? ??+=παχπn n n n m s mm 593.4=×4=18.372 端面齿厚为 5253.2367.0cos 7.022tan 222????? ????+=??? ??+=βπαχπt t t t m s mm 275.5=×4=21.1 分度圆直径与齿条运动速度的关系 d=60000v/πn1=?v 0.001m/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（7.0） 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=12° ，变位系数x=0.7
齿轮传动的特点和应用 外 合直齿圆啮齿柱轮动 内啮传直合圆齿齿轮传柱 齿动轮条传动（齿直条齿 外啮合）齿斜柱齿圆轮动传 字人轮传动 齿轮齿条齿动传（斜条）齿 ．空2齿轮传间动．间齿轮空动用传于交轴相交和轴之错间的动。空间齿轮传传用于相动交和交错轴轴间的之动。传 螺旋轮齿传动齿直锥圆齿传轮动曲齿圆锥齿传轮动交错（轴齿斜轮动传）蜗 传杆 动
双准曲齿轮传动 面 齿轮传的类动型齿直圆柱齿轮动外传啮 合啮内 平合齿面轮运齿（动传递平轴行的运动）间轮传动间空齿轮运（传动递不行轴间的平动） 运 （齿与轮轴平）行轮齿条齿 啮合斜外齿柱齿轮传动圆内合啮轮齿（与不平行轴齿轮）条齿 人字轮齿动传（齿成轮字形） 人递传交轴相运动（齿锥传轮动）直齿斜齿交错轴斜齿传动轮传递错轴交运动蜗轮杆蜗动传准双曲齿轮面动传 121..3廓啮齿基本合律定齿轮动传要求确准平，即要稳在求传过动程中瞬时传比保动持不变以免，生产击、冲齿传动轮求准确要平，即要稳求传动在过程中，瞬传动比时持不保，以免产生变击冲振动、
噪音。和振和动音。噪论齿廓不任何点接触在，过触点所作两齿廓接的法线必须公连与线交心于固一定点不论齿，廓在任何点触接过接，触所点作两齿的廓法公线必与连心线须交一于定点，这固就是廓齿合基本定律。就啮齿廓啮是基合定律。本 212.渐线开轮12.2.齿1开渐线的形成基及性质本.1渐开的形线成2．渐开 线的质性．据根渐线的形开，成可知开渐具有下列线些一特性：据根渐开的线成形，知可渐开线有下列具些特性一：）1生线沿基发圆过滚直线的长，等度于 基圆上滚被过的弧长圆度；发）生沿基圆滚过的直线线度，等于基长上圆被滚过的弧圆度；长 2））发线k生n是开渐在任线意点k法的。线法线的因此，。生线发任上一点法的必线切基于。因圆，此发生线上任一的法点必线切基于圆。）3开渐线廓上某点的齿法线该与点速度的方向线所夹锐的α角k称为该的压点角。力）称为点的该压角力。上式由知可，开线渐
3.3齿轮齿条式转向器的设计与计算 3.3.1 转向系计算载荷的确定 为了保证行驶安全，组成转向系的各零件应有足够的强度。欲验算转向系零件的强度， 需首先确定作用在各零件上的力。影响这些力的主要因素有转向轴的负荷、路面阻力和轮胎 气压等。为转动转向轮要克服的阻力，包括转向轮绕主销转动的阻力、车轮稳定阻力、轮胎 变形阻力和转向系中的内摩擦阻力等。 精确地计算出这些力是困难的。为此用足够精确的半经验公式来计算汽车在沥青或者混 凝土路面上的原地转向阻力矩M(N?mm)。 R 表3-1 原地转向阻力矩M的计算 R 设计计算和说明计算结果 33Gf0.710902.51f=0.7 M,,,627826.2N,mm R3p30.179 G=10902.5N 1式中 f——轮胎和路面间的滑动摩擦因数; p=0.179 MPaG——转向轴负荷，单位为N; 1 M=627826.2 N,mmRP——轮胎气压，单位为。 MPa 作用在转向盘上的手力F为: h 表3-2 转向盘手力F的计算 h 设计计算和说明计算结果 22，627826.2LM1R F,,,290.7Nh,，320，15，90%iLD2SWW M=627826.2 N,mmL式中——转向摇臂长, 单位为mm; R1 D=400mm M——原地转向阻力矩, 单位为N?mm SWR
iw=15 L——转向节臂长, 单位为mm; 2 =90% ,，D——为转向盘直径,单位为mm; SW F=290.7N Iw——转向器角传动比; h ,——转向器正效率。 + LL因齿轮齿条式转向传动机构无转向摇臂和转向节臂，故、不12 代入数值。 对给定的汽车，用上式计算出来的作用力是最大值。因此，可以用此值作为计算载荷。 L: 梯形臂长度的计算2 表3-3 梯形臂长度L的计算 2 设计计算和说明计算结果 R轮辋直径= 16in=16×25.4=406.4mm LW RLL梯形臂长度=×0.8/2= 406.4×0.8/2 =160mm LW22 L=162.6mm,取=160mm 2 轮胎直径的计算R: T 表3-4 轮胎直径R的计算 T 设计计算和说明计算结果 R,R，0.55，205=406.4+0.55×205=518.75mm TLWR=520mm TR 取=520mm T 转向横拉杆直径的确定: 表3-5 转向横拉杆直径的计算 设计计算和说明计算结果 44，627.83MR,3d,,，m,4.811mm 10,,,a[]0.16，，216d=15mm 取 minL[,],216MPa;M,627.83N,m=; a2R 初步估算主动齿轮轴的直径:
轮系传动比计算(机械基础)教案
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科目：机械基础（第四版）授课班级：08级模具（1）班 授课地点：多媒体教室（一）室课时：2课时
课题：§6—2 定轴轮系的传动比 授课方式：讲授 教学内容：定轴轮系的传动比及其计算举例 教学目标：能熟练进行定轴轮系传动比的计算方法及各轮回转方向的判定 选用教具：三角板、圆规、平行轴定轴轮系模型、非平行轴定轴轮系模型 教学方法：演示法、循序渐进教学法、典型例题法 第一部分：教学过程 一、复习导入新课（约7分钟） （一）组织教学（2分钟） 学生点名考勤，课前6S检查，总结表扬上次优秀作业学生，调节课堂气氛，调动学生主动性。 （二）教学回顾（2分钟） 1、什么是轮系？ 2、轮系有什么应用特点？ 3、轮系的分类依据是什么？可分为哪几类？ 4、什么是定轴轮系？（让学生回顾上次课的内容） （三）复习，新课导入（2分钟） 演示减速器、车床主轴箱、钟表机构等，我们看到的这些都是定轴轮系的应用，请问：我们生活中常见钟表里的时针走一圈，分针走了12圈，秒针走了720圈，那么由时针到秒针是如何实现传动的？时针把运动传到秒针时，其转速大小有何变化？具体比值如何确定？ （四）教学内容介绍（1分钟） 重点：定轴轮系的传动路线的分析、传动比的计算及各轮回转方向的判定。 难点：非平行轴定轴轮系传动比公式推导及各轮回转方向的判定。 二、新课讲解（约32分钟） （一）定轴轮系的传动比概念（2分钟） 教师先展示定轴轮系模型，引导学生参与到演示教学中来，通过一对齿轮的传动比概念，教师提出问题：定轴轮系的传动比是否就是输入轴的转速与输出轴的转速之比？引发学生思考。演示得出定轴轮系的概念：定轴轮系的传动比是指首末两轮的转速之比。 （二）知识分解（12分钟）
7）由图10-19取接触疲劳寿命系数 HN1 1.7。 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr （调质），硬度为280HBS 齿条 材料为45钢（调质）硬度为240HBS 6）由式10-13计算应力循环次数。 N 1 60n 1 jL h 60 7.96 1 2 0.08 200 4 6.113 10 4 1. 选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数 1) 选用直齿圆柱齿轮齿条传 动。 2 ） 速度不高，故选用7级精度（GB10095-88。 3） 4） 选小齿轮齿数1=24,大齿轮齿数 2=x 。 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即 d it I 2 ccc (K" u 1 Z E 2.323 |— ----------------------- --- V u (1) 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数t 2） 计算小齿轮传递的转矩。 （预设齿轮模数 m=2mn 直径d=65mm T 1 95.5 1O 5 R n 1 95.5 105 O. 2424 2.908 105N mm 7.96 3) 由表10-7选齿宽系数d =。 4） 由表10-6查得材料的弹性影响系数 1 E 189.8 MPa 2 5） 由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1 600M Pa ；齿 条的接触疲劳强度极限 Hlim 2 500 Mpa 。
8）计算接触疲劳许用应 力。 取失效概率为1%安全系数S=1,由式（10-12）得 K HN 1 Hlim1 S 1.7 600M Pa 1020MPa 计算 1 ） 试算小齿轮分度圆直径d ti，代入 2）d1t 2.323{K.T1 u 1 68.89mm 计算圆周速度V。 Z E 60 1000 3）计算齿宽b o d d1t 0.5 4）计算齿宽与齿高之 比。 模数 m t d1t 68.89 Z1 24 齿高 2.25m t 2.25 卜 3 2.908 105 1 189.8 2 0.5 1020 68^1^ 0.026m/s 60 1000 68.89 34.445mm 2.87 2.27 6.46 34.445 6.46 5.33
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 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 V F P ?= F=N 5 106? 1V 取0.8（米/秒） KW P 4808.01065=??= 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 KW KW P P 1204 4804===' 转矩公式：
595.510P T n ?=N.mm 所以转矩 T= mm N n .120 105.955?? 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A K 、动载系数V K 、齿间载荷分配系数K α及齿向载荷分配系数K β，即 K=A V K K K K αβ 1）使用系数A K 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A K 取1.35。 2）动载系数V K 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V K ，如图2-1所示。
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 ,/5003s mm V =又()160 d 3 33n V π= ，取,25,25.3202131mm B B mm m Z Z =====，由此可 得()265d 31mm mZ d ===，由（1）与（2）联立解得m in /r 147n 32==n ，取4i 12=则由4i 2 1 1212=== n n z z 得80m in,/58821==z r n 2. 齿轮1齿轮2与齿轮3几何尺寸确定 齿顶高 ()()mm x h m h h h n an a a a 525.57.0125.3321=+?=+===* 齿根高 ()()mm x c h m h h n n an f f f 79.17.025.0125.3h 321=-+?=-+===** 齿高 mm h h h h f a 315.7h 321=+=== 分度圆直径 mm mz d mm mz d 84.26512cos /8025.3cos /,46.6612cos /2025.3cos /d 0220131=?===?===ββ 齿顶圆直径 mm h d d mm h d d a a a a a 34.2772,51.772d 2221131=+==+== 齿根圆直径 mm h d d mm h d d f f f f f 26.2622,88.622d 2221131=-==-== 基圆直径 mm d d mm d d b b b 8.249cos ,45.6220cos 46.66cos d 220131===?===αα 法向齿厚为 mm m x s s n n n n n n 759.625.3364.07.022tan 22s 1321=??? ? ????+=??? ??+===παπ
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。 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 V F P ?= F=N 5 106? 1V 取（米/秒）
KW P 4808.01065=??= 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 KW KW P P 1204 4804 == =' 转矩公式： 595.510P T n ?= 所以转矩 T= mm N n .120 105.955?? 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A K 、动载系数V K 、齿间载荷分配系数K α及齿向载荷分配系数K β，即 K=A V K K K K αβ 1）使用系数A K 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A K 取。 2）动载系数V K 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V K ，如图2-1所示。
1. 选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数 1）选用直齿圆柱齿轮齿条传动。 2）速度不高，故选用 7 级精度（ GB10095-88）。 3）材料选择。由表 10-1 选择小齿轮材料为 40Cr(调质 )，硬度为 280HBS ，齿条 材料为 45 钢（调质）硬度为 240HBS 。 4）选小齿轮齿数 Z 1 =24，大齿轮齿数 Z 2 = ∞。 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即 3 K t T 1 u + 1 Z E d 1t ≥ 2.32 √ ?( ) 2 φd u [ σ ] H (1) 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 K t =1.3。 2）计算小齿轮传递的转矩。 （预设齿轮模数 m=8mm,直径 d=160mm ） T 1 = 95.5 ×105 P 1 = 95.5 ×105 ×0.2424 n 1 7.96 = 2.908 ×105 N ?mm 3) 由表 10-7 选齿宽系数 φ = 0.5。 d 1 4）由表 10-6 查得材料的弹性影响系数 Z E = 189.8MPa 2 。 5）由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 σ = 600MPa;齿 Hlim1 条的接触疲劳强度极限 σ = 550MPa 。 Hlim2 6）由式 10-13 计算应力循环次数。 N 1 = 60n 1 jL h = 60 × ( 2× 0.08× 200 × ) = × 4 7.96 ×1 × 4 6.113 10 7)由图 10-19 取接触疲劳寿命系数 K HN1 = 1.7。 8）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由式（ 10-12）得 [ σH ] 1 = K HN1 σHlim1 ×600MPa = 1020MPa = 1.7 S (2) 计算 1）试算小齿轮分度圆直径 d ,代入 [σ ] 。 t1 H 1
齿轮齿条机构设计说明书 一、原理说明： 齿轮齿条机构,就是完成直线运动和转动相互转化的机构。其各部分功用及相互关系如下： a. 齿条——也称作直线齿轮，它与小齿轮相互啮合。 b.小齿轮——与齿条相互啮合，依靠齿条的直线驱动，齿轮的输出轴做回转运动。 c. 直进与回转的关系——齿条的移动量与齿条的转角，无论在任何位置都保持一定，所以这是等值直进回转交换机构。当齿条的移动量与齿轮圆周相等时，齿条驱动一次，齿轮转动一周。在本机构中，输出齿轮的直径是啮合齿轮的2倍，所以输出齿轮的圆周距离也是啮合齿轮的2倍。 ◆齿条驱动齿轮转动——齿条驱动一次，则输出的大齿轮转一周，线速度是小齿轮的2倍。 ◆齿轮驱动齿条移动——从输出轴处驱动齿条做直线运动时，与前面相反，机构将呈1/2减速。 f.相互关系： L=齿条的进给量； R1=啮合齿轮的节圆半径； R2=输出齿轮的节圆半径；S=输出齿轮的圆周距离；N=R2/R1；S=2×3.14×R2=2×3.14×R1×N 图１机构总装配图１
图２机构总装配图２ 图３机构装配爆炸图
二、主要部件设计说明 1、啮合齿轮的数据确定 设模数m=3，z=17，α=20o，其宽选择20，计算如下： d=m×z=3×17=51 d a =d+2h a =51+2×1×3=57 d f =d-2h f =51-2×1.25×3=43.5 2、输出齿轮的数据确定 设模数m=3，z=34，α=20o，其宽选择15，计算如下： d=m×z=3×34=102 d a =d+2h a =102+2×1×3=108 d f =d-2h f =102-2×1.25×3=94.5 3、齿条的设计 设模数m=3，z=40，α=20o，其宽选择20+10，即有齿部分为20，没有齿部分为10，计算如下： p=π×m=9.425 L=p×z=377 ha= m ×ha*=3 hf= m ×(ha*+c*)=3.75 其他的部件均在设计中一步步确定，详细请参考图纸。 三、参考文献 1、《机械设计手册》 2、《机械设计基础》杨可桢等主编高等教育出版社 3、《画法几何及工程制图》上海科学技术出版社第四版 四、设计小组成员
1.选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数 1）选用直齿圆柱齿轮齿条传动。 2）速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。 3）材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS，齿条材料为45钢（调质）硬度为240HBS。 4）选小齿轮齿数Z1=24，大齿轮齿数Z2=∞。 2.按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即 d1t ≥2.32√K t T1 d ? u+1 ( Z E [H] )2 3 (1)确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数K t =1.3。 2）计算小齿轮传递的转矩。（预设齿轮模数m=8mm,直径d=160mm） T1=95.5×105P1 1 = 95.5×105×0.2424 =2.908×105N?mm 3) 由表10-7选齿宽系数φd=0.5。 4）由表10-6查得材料的弹性影响系数Z E=189.8MPa 1 2。 5）由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;齿条的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa。 6）由式10-13计算应力循环次数。 N1=60n1jL h=60×7.96×1×(2×0.08×200×4)=6.113×104 7)由图10-19取接触疲劳寿命系数K HN1=1.7。 8）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 [σH]1=K HN1σHlim1 S =1.7×600MPa=1020MPa (2)计算 1）试算小齿轮分度圆直径d t1,代入[σH]1。
d 1t ≥2.32√K t T 1φd ?u +1u (Z E [σH ])23 =2.32√1.3×2.908×1050.5?∞+1∞ (189.81020)23=68.89mm 2）计算圆周速度v 。 v =πd 1t n 1=π×68.89×7.96=0.029m s ? 3)计算齿宽b 。 b =φd ?d 1t =0.5×68.89=34.445mm 4)计算齿宽与齿高之比b h 。 模数 m t =d 1t z 1=68.8924 =2.87 齿高 h =2.25m t =2.25×2.87=6.46mm b =34.445=5.33 5）计算载荷系数。 根据v =0.029m/s ,7级精度，由图10-8查得动载荷系数K V =1; 直齿轮，K Hα=K Fα=1; 由表10-2查得使用系数K A =1.5; 由表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮为悬臂布置时K Hβ=1.250。 由b h =5.33，K Hβ=1.250查图10-13得K Fβ=1.185；故载荷系数 K =K A K V K HαK Hβ=1.5×1×1×1.250=1.875 6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式（10-10a ）得 d 1=d 1t √K t 3=68.89×√1.8753=77.84mm 7)计算模数m 。 m = d 1z 1=77.8424 =3.24mm 3. 按齿根弯曲强度设计 由式（10-5）得弯曲强度设计公式为
齿轮齿条传动设计计算 Revised as of 23 November 2020
1. 选定齿轮类型、精度等级、材料级齿数 1） 选用直齿圆柱齿轮齿条传动。 2） 速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。 3） 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS ，齿条材料 为45钢（调质）硬度为240HBS 。 4） 选小齿轮齿数Z 1=24，大齿轮齿数Z 2=∞。 2. 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行计算，即 d 1t ≥2.32√K t T 1d u +1(Z E [H ])23 (1) 确定公式内的各计算数值 1） 试选载荷系数K t =。 2） 计算小齿轮传递的转矩。（预设齿轮模数m=8mm,直径d=160mm ） T 1=95.5×105P 1n 1=95.5×105×0.24247.96 =2.908×105N?mm 3) 由表10-7选齿宽系数φd =0.5。 4）由表10-6查得材料的弹性影响系数Z E =189.8MPa 12 。 5）由图10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa ;齿条的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa 。 6）由式10-13计算应力循环次数。 N 1=60n 1jL h =60×7.96×1×(2×0.08×200×4)=6.113×104 7)由图10-19取接触疲劳寿命系数K HN1=1.7。 8）计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得 [σH ]1=K HN1σHlim1S =1.7×600MPa =1020MPa
第一节齿轮传动的特点和类型 一、齿轮传动的特点 齿轮传动是应用最为广泛的一种传动形式，与其它传动相比，具有传递的功率大、速度范围广、效率高、工作可靠、寿命长、结构紧凑、能保证恒定传动比；缺点是制造及安装精度要求高，成本高，不适于两轴中心距过大的传动。 二、齿轮传动分类 1、按轴线相互位置：平面齿轮传动和空间齿轮传动。 平面齿轮传动：按轮齿方向：直齿轮传动，斜齿轮传动和人字齿轮传动；按啮合方式：外啮合、内啮合和齿轮齿条传动； 空间齿轮传动：锥齿轮传动、交错轴斜齿轮传动和蜗杆蜗轮传动。 2、按齿轮是否封闭：开式和闭式齿轮传动 三、齿轮传动的基本要求 1、传动准确平稳； 齿廓啮合基本定律：为保证齿轮传动的瞬时传动比保持不变，则两轮不论在何处接触，过接触点所作两轮的公法线必须与两轮的连心线交于一定点。定点C称为节点，分别以O1、O2为圆心，过节点C所作的两个相切的圆称为节圆。根据齿廓曲线满足齿廓啮合基本定律制出的齿轮有渐开线齿轮、摆线齿轮和圆弧线齿轮。我们主要介绍渐开线齿轮。 渐开线的有关概念：1、发生线在基圆上滚过的长度等于基圆上相应被滚过的弧长；2、发生线即渐开线的法线，它始终与基圆相切，故也是基圆的切线；3、同一基圆上生成的任意两条反向渐开线间的公法线长度处处相等，任意两条同向渐开线间的法向距离处处相等；4、渐开线的形状取决于基圆的大小。基圆越小，渐开线越弯曲；基圆越大，渐开线越平直；5、基圆内无渐开线。 2、承载能力高和较长的使用寿命。 第二节渐开线齿轮的基本参数及几何尺寸计算 一、各部分名称 端平面：垂直于齿轮轴线的平面； 齿槽：相邻两轮之间的空间； 齿顶圆（da）、齿根圆（df）、齿槽宽（ek）、齿厚（sk）、齿顶高（ha）、齿根高（hf）、齿宽（p）、全齿高（h） 二、基本参数 1、模数m：； 2、压力角：规定分度圆上的压力角为标准压力角； 3、齿顶高系数：； 4、顶隙系数：； 5、齿数z：。当m、α不变时，z越大，db越大，渐开线越平直，若当z→∞时，db→∞，渐开线变成直线，齿轮变成齿条。 标准齿轮：m、α、ha＊、c＊皆为标准值且e＝s。 三、几何尺寸计算 1、内齿轮与外齿轮比较：内齿轮的齿根即外齿轮的齿顶，内齿轮的齿顶即外齿轮的齿根；内齿轮的df＞da＞db； 2、齿条与齿轮比较：齿条的齿廓曲线为直线，齿轮的齿廓曲线为曲线（渐开线）；对应的圆都变为直线，如分度线、齿顶线、齿根线；啮合角等于压力角，等于齿形角。齿条上所有轮齿的同侧齿廓都互相平行，齿廓任意位置的齿距都等于分度线的齿距，即pk＝p＝πm。 3、几何尺寸计算（见书表35－3） 例1、已知：m＝7mm，z1＝21、z2＝37，α＝20°，正常齿，求其几何尺寸。
机械设计基础实验指导书 曹淑伟 徐州师范大学机电工程学院
目录 实验一．机构运动简图的测绘与分析实验 (1) 实验二．渐开线齿轮范成原理实验 (4) 实验三．带传动实验 (7) 实验四．减速器拆装实验 (10) 机构运动简图的测绘与分析实验报告 (12) 渐开线齿轮范成原理实验报告 (14) 带传动实验报告 (16) 减速器拆装实验报告 (18)
实验一机构运动简图的测绘与分析实验 一、实验目的 1.学会根据实际机械或模型的结构测绘机构运动简图的方法； 2.运用并熟悉一些常用的构件及运动副的代表符号； 3.验证和巩固机构自由度的计算。 二、实验设备和工具 1．各种典型机构、机械的实物或模型； 2．钢板尺、钢卷尺、内卡钳、外卡钳、量角器； 3. 学生自带下列实验用品：纸、笔、圆规、橡皮等文具。 三、实验内容 分析机构的组成，绘制机构运动简图，计算机构自由度，理解各种运动副的组成和特点，分析机构中的虚约束、局部自由度和复合铰链，判断机构具有确定运动的条件。 四、实验原理 在分析和研究机构运动时，为了使问题简化，便于分析，可以不考虑构件的外形、构件的截面尺寸和运动副的实际构造，只用简单线条和符号代表构件和运动副，并按一定的比例来表示运动副的相对位置和与运动相关的尺寸，以此说明实际机构的运动特征。 五、实验步骤 1.观察机构的运动并确定构件数 首先找出机构中的原动件，通过动力输入构件或转动手柄，使被测绘的机构或机器(或模型)缓慢地运动，循着运动的传递路线仔细观察并判断哪些为连接构件、工作构件、固定构件等，同时确定构件的数目。
2. 判别各构件之间运动副的类别 按照运动的传递路线，根据两构件的接触情况及相对运动的特点，依次判断相邻两构件之间组成运动副的类别，确定哪些是转动副、移动副及哪些是高副。 3. 绘制平面机构的示意图 正确选择投影面，将原动件放在一般位置上，按照运动的传递路线及代表运动副、构件的规定符号绘制出机构运动的示意图，并对机构中的每一构件进行编号，在构件旁标注数字1、2、3…，在运动副旁标注字母A ，B ，C …，在原动件上标注箭头。绘制机构示意图可供定性分析机构运动特征时使用，也可为正确绘制机构运动简图作好准备。 4. 测量与机构运动有关的尺寸并按比例绘制平面机构的运动简图 仔细测量与机构运动有关的尺寸，包括转动副间的中心距、移动副导路的位置或角度等。选择适当的比例尺μL ，按比例确定各运动副之间的相对位置，并以简单的线条和规定的运动副符号，正确绘出机构运动简图。 5. 计算机构的自由度 平面机构自由度F 的计算公式为： F =3n ?2P L ?P H 式中：n 为活动构件的数目，P L 为低副数目，P H 为高副数目。 6. 分析机构运动的确定性 将计算得到的机构自由度数与所测绘机构的原动件数比较，两者应相等。若与实际情况不符，要找出原因及时改正。 举例：绘制如图1-1（a ）所示的小型压力机的机构运动简图。 了解该小型压力机的工作原理是电机带动偏心轮1′作顺时针转动，通过 ） 长度（单位简图上所画构件的图示）或构件的实际长度（单位长度比例尺mm mm m L = μ
转向器的结构型式选择及其设计计算 根据所采用的转向传动副的不同，转向器的结构型式有多种。常见的有齿轮齿条式、循环球式、球面蜗杆滚轮式、蜗杆指销式等。 对转向其结构形式的选择，主要是根据汽车的类型、前轴负荷、使用条件等来决定，并要考虑其效率特性、角传动比变化特性等对使用条件的适应性以及转向器的其他性能、寿命、制造工艺等。中、小型轿车以及前轴负荷小于的客车、货车，多采用齿轮齿条式转向器。球面蜗杆滚轮式转向器曾广泛用在轻型和中型汽车上，例如：当前轴轴荷不大于且无动力转向和不大于4t带动力转向的汽车均可选用这种结构型式。循环球式转向器则是当前广泛使用的一种结构，高级轿车和轻型及以上的客车、货车均多采用。轿车、客车多行驶于好路面上，可以选用正效率高、可逆程度大些的转向器。矿山、工地用汽车和越野汽车，经常在坏路或在无路地带行驶，推荐选用极限可逆式转向器，但当系统中装有液力式动力转向或在转向横拉杆上装有减振器时，则可采用正、逆效率均高的转向器，因为路面的冲击可由液体或减振器吸收，转向盘不会产生“打手”现象。 关于转向器角传动比对使用条件的适应性问题，也是选择转向器时应考虑的一个方面。对于前轴负荷不大的或装有动力转向的汽车来说，转向的轻便性不成问题，而主要应考虑汽车高速直线行驶的稳定性和减小转向盘的总圈数以提高汽车的转向灵敏性。因为高速行驶时，很小的前轮转角也会导致产生较大的横向加速度使轮胎发生侧滑。这时应选用转向盘处于中间位置时角传动比较大而左、右两端角传动比较小的转向器。对于前轴负荷较大且未装动力转向的汽车来说，为了避免“转向沉重”，则应选择具有两端的角传动比较大、中间较小的角传动比变化特性的转向器。（转向盘转角增量与相应的转向摇臂转角增量之比iω1称为转向器角传动比。） 二、两侧转向轮偏转角之间的理想关系式 汽车转向行驶时，为了避免车轮相对地面滑动而产生附加阻力，减轻轮胎磨损，要求转向系统能保证所有车轮均作纯滚动，即所有车轮轴线的延长线都要相交于一点。 cotα=cotβ+B/L 其中α、β分别是内外侧转向轮的偏转角，B是两侧主销轴线与地面相交点之间的距离；L是汽车轴距。