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齿轮齿条的设计.doc

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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 F= 取0.8(米/秒)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转矩公式: N.mm所以转矩 T=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、动载系数、齿间载荷分配系数及齿向载荷分配系数,即 K=1)使用系数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,所以使用系数取1.35。2)动载系数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,如图2-1所示。图2-1动载系数由于速度v很小,根据上图查得,取1.0。3)齿间载荷分配系数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。4)齿轮载荷分布系数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=1.37。综上所述,最终确定齿轮系数K==1.35111.37=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.齿宽系数的选择由于齿轮做悬臂布置,取=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=1025010=25000h 5.齿轮的许用应力 按下式计算式中: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。 ——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;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=60njn暂取10,则N=601025000=1.5。查机械设计表10-18可得=1.3。——齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用代入;接触疲劳极限用代入,查机械设计图10-21得=980。1500=1.3 S=1 1950 850 S=1.4 607.1 (双向工作乘以0.7)424.97当齿数z=20 17 时,齿形系数=2.8 2.97 应力校正系数=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: ……………Km—开式齿轮磨损系数,Km=1.25(机械设计手册(3卷)14-134)转矩 N.mm (1式) 所以 v=0.8 n=899.2/m (2式)将1式、2式及各参数代入计算公式得:解得:;20取m=25 那么n=9.5,取n=10N.m齿面接触疲劳强度计算公式:式中的单位为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=1 为弹性影响系数,单位,其数值查机械设计表,取=189.8,如表2-1所示: 表2-1 材料特性系数计算,试求齿轮分度圆直径:=456.75mm通过模数计算得:m=25,z=20 所以分度圆直径d=2520=500mm所以取两者偏大值d=500mm计算齿宽 b==0.6500=300mm齿高 h=2.25m=2.2525=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
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