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文檔簡介
1、 齒輪齒條傳動機構(gòu)的設(shè)計和計算1. 齒輪1,齒輪2與齒輪3基本參數(shù)的確定由齒條的傳動速度為500mm/s,可以得到齒輪3的速度為500m/s,即又,取由此可得,由(1)與(2)聯(lián)立解得,取則由得2.齒輪1齒輪2與齒輪3幾何尺寸確定 齒頂高 齒根高 齒高 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 基圓直徑法向齒厚為 端面齒厚為 齒距 3. 齒輪材料的選擇及校核齒輪選用45號鋼或41Cr4制造并經(jīng)調(diào)質(zhì),表面硬度均應(yīng)在56HRC以上。為減輕質(zhì)量,殼體用鋁合金壓鑄。由于轉(zhuǎn)向器齒輪轉(zhuǎn)速低,是一般的機械,故選擇7級精度。經(jīng)校核,齒輪滿足強度及剛度的要求。4. 齒條的設(shè)計取齒條的模數(shù)m=3.25,壓力角,則齒數(shù)z
2、=120,故齒距取,則長度,取螺旋角。端面模數(shù)端面壓力角端面齒距齒頂高齒根高齒高 法面齒厚端面厚度齒條選用45號鋼或41Cr4制造并經(jīng)調(diào)質(zhì),表面硬度均應(yīng)在56HRC以上,選擇7級精度。5. 齒輪軸的設(shè)計碳素鋼價格低廉,鍛造工藝性能好,對載荷較大,較為重要的場合,以45號鋼最為常用。經(jīng)校核,齒輪軸滿足強度及剛度的要求。6. 電機的選擇 因為齒輪1的轉(zhuǎn)速為588r/min,由此可得電機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于此值,因此可以選擇功率合適的電動機,如Y132S-8,功率為2.2KW,轉(zhuǎn)速為750r/min。 參考文獻: 機械原理, 孫恒主編 機械設(shè)計, 姚桂英主編 齒輪齒條的材料選擇齒條材料的種類很多,在選擇過
3、程中應(yīng)考慮的因素也很多,主要以以下幾點作為參考原則:1) 齒輪齒條的材料必須滿足工作條件的要求。2) 應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成形方法及熱處理和制造工藝。3) 正火碳鋼,不論毛坯制作方法如何,只能用于制作載荷平穩(wěn)或輕度沖擊工作下的齒輪,不能承受大的沖擊載荷;調(diào)制碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪。4) 合金鋼常用于制作高速、重載并在沖擊載荷下工作的齒輪。5) 飛行器中的齒輪傳動,要求齒輪尺寸盡可能小,應(yīng)采用表面硬化處理的高強度合金鋼。 6)金屬制的軟齒面齒輪,配對兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持為3050HBS或者更多。鋼材的韌性好,耐沖擊,還可通過熱處理或化學(xué)熱處理改善其力學(xué)性能及提高齒面硬度
4、,故適用于來制造齒輪。由于該齒輪承受載荷比較大,應(yīng)采用硬齒面(硬度350HBS),故選取合金鋼,以滿足強度要求,進行設(shè)計計算。1.2齒輪齒條的設(shè)計與校核121起升系統(tǒng)的功率設(shè)V為最低起鉆速度(米/秒),F(xiàn)為以V起升時游動系統(tǒng)起重量(理論起重量,公斤)。起升功率 F= 取0.8(米/秒)由于整個起升系統(tǒng)由四個液壓馬達所帶動,所以每部分的平均功率為轉(zhuǎn)矩公式: N.mm所以轉(zhuǎn)矩 T=式中n為轉(zhuǎn)速(單位r/min) 各系數(shù)的選定計算齒輪強度用的載荷系數(shù)K,包括使用系數(shù)、動載系數(shù)、齒間載荷分配系數(shù)及齒向載荷分配系數(shù),即 K=1)使用系數(shù)是考慮齒輪嚙合時外部因素引起的附加載荷影響的系數(shù)。該齒輪傳動的載荷狀
5、態(tài)為輕微沖擊,工作機器為重型升降機,原動機為液壓裝置,所以使用系數(shù)取1.35。2)動載系數(shù)齒輪傳動不可避免地會有制造及裝配誤差,輪齒受載后還要產(chǎn)生彈性變形,對于直齒輪傳動,輪齒在嚙合過程中,不論是有雙對齒嚙合過渡到單對齒嚙合,或是有單對吃嚙合過渡到雙對齒嚙合的期間,由于嚙合齒對的剛度變化,也要引起動載荷。為了計及動載荷的影響,引入了動載系數(shù),如圖2-1所示。圖2-1動載系數(shù)由于速度v很小,根據(jù)上圖查得,取1.0。3)齒間載荷分配系數(shù)一對相互嚙合的斜齒(或直齒)圓柱齒輪,有兩對(或多對)齒同時工作時,則載荷應(yīng)分配在這兩對(或多對)齒上。對于直齒輪及修形齒輪,取。4)齒輪載荷分布系數(shù)當軸承相對于齒
6、輪做不對稱配置時,受災(zāi)前,軸無彎曲變形,齒輪嚙合正常,兩個節(jié)圓柱恰好相切;受載后,軸產(chǎn)生彎曲變形,軸上的齒輪也就隨之偏斜,這就使作用在齒面上的載荷沿接觸線分布不均勻。計算齒輪強度時,為了計及齒面上載荷沿接觸線分布不均勻的現(xiàn)象,通常以系數(shù)來表征齒面上載荷分布不均勻的程度對齒輪強度的影響。根據(jù)機械設(shè)計表10-4取=1.37。綜上所述,最終確定齒輪系數(shù)K=1.35111.37=1.8123 齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)、許用應(yīng)力的選擇1.壓力角的選擇我國對一般用途的齒輪傳動規(guī)定的標準壓力角為=20°。2.齒數(shù)z的選擇為使齒輪免于根切,對于=20°的標準直齒輪,應(yīng)取z17,這里取z=20。
7、173齒寬系數(shù)的選擇由于齒輪做懸臂布置,取=0.64.預(yù)計工作壽命10年,每年250個工作日,每個工作日10個小時=1025010=25000h 5.齒輪的許用應(yīng)力 按下式計算式中:S疲勞強度安全系數(shù)。對于接觸疲勞強度計算時,取S=1;進行齒根彎曲疲勞強度計算時,取S=1.251.5。 考慮應(yīng)力循環(huán)次數(shù)影響的系數(shù),稱為壽命系數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N的計算方法是:設(shè)n為齒輪的轉(zhuǎn)速(單位為r/min);j為齒輪每轉(zhuǎn)一圈時,同一齒面嚙合次數(shù);為齒輪工作壽命(單位為h),則齒輪工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N按下式計算: N=60njn暫取10,則N=601025000=1.5。查機械設(shè)計表10-18可得=1.3。齒輪疲
8、勞極限。彎曲疲勞極限用代入;接觸疲勞極限用代入,查機械設(shè)計圖10-21得=980。1500=1.3 S=1 1950 850 S=1.4 607.1 (雙向工作乘以0.7)424.97當齒數(shù)z=20 17 時,齒形系數(shù)=2.8 2.97 應(yīng)力校正系數(shù)=1.55 1.52基本參數(shù)選擇完畢1.2.4 齒輪的設(shè)計計算齒輪的設(shè)計計算公式: Km開式齒輪磨損系數(shù),Km=1.25(機械設(shè)計手冊(3卷)14-134)轉(zhuǎn)矩 N.mm (1式) 所以 v=0.8 n=899.2/m (2式)將1式、2式及各參數(shù)代入計算公式得:解得:;20取m=25 那么n=9.5,取n=10N.m齒面接觸疲勞強度計算公式:式中的單位為Mpa,d的單位為mm,其余各符號的意義和單位同前。由于本傳動為齒輪齒條傳動,傳動比近似無窮大,所以=1 為彈性影響系數(shù),單位,其數(shù)值查機械設(shè)計表,取=189.8,如表2-1所示: 表2-1 材料特性系數(shù)計算,試求齒輪分度圓直徑:=456.75mm通過模數(shù)計算得:m=25,z=20 所以分度圓直徑d=2520=500mm所以取兩者偏大值d=500mm計算齒寬 b=0.650
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