齿轮齿条的设计

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。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=1.81．2．3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。173．齿宽系数d的选择由于齿轮做悬臂布置，取d=0.64.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=25000h5.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。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=60njhLn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。1500HNK=1.3S=1HNHlimHK1.39801274MPaS11950780FEMPa8501FNKS=1.47801557.11.4HFFEFKMPaS607.1（双向工作乘以0.7）424.97当齿数z=2017时，齿形系数FaY=2.82.97应力校正系数SaY=1.551.52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：322FaSadFYYKTmz321][2FSaFadmYYzTKKm……………Km—开式齿轮磨损系数，Km=1.25（机械设计手册（3卷）14-134）转矩595.510PTnN.mm（1式）601000nmzv所以238.8nmv=0.8n=899.2/m（2式）将1式、2式及各参数代入计算公式得：2m8.2381.557206.055.18.2120105.958.1225解得：72.23m；20取m=25那么n=9.5，取n=105510146.110120105.95TN.m齿面接触疲劳强度计算公式：E3dHZKTu12.32ud2（）式中H的单位为Mpa，d的单位为mm，其余各符号的意义和单位同前。由于本传动为齿轮齿条传动，传动比近似无穷大，所以u1u=1EZ为弹性影响系数，单位12MPa，其数值查机械设计表，取EZ=189.812MPa，如表2-1所示：表2-1材料特性系数EZ计算，试求齿轮分度圆直径：E3dHZKTu12.32ud2（）=32.232512748.1896.010146.18.1456.75mm通过模数计算得：m=25，z=20所以分度圆直径d=2520=500mm所以取两者偏大值d=500mm计算齿宽b=dd=0.6500=300mm齿高h=2.25m=2.2525=56.25mm最终确定齿轮数据：模数m=25齿数z=20分度圆直径d=500mm齿高h=56.25mm齿宽b=300mm转速n=10r/min因此齿轮齿条的最终设计图形如图2-2所示：图2-2齿轮齿条的设计图