齿轮齿条的设计

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。

图2-1动载系数V K

由于速度v 很小，根据上图查得，V K 取。 3）齿间载荷分配系数K α

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1H F K K αα==。 4）齿轮载荷分布系数K β

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 β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H K β=。

综上所述，最终确定齿轮系数K=A V K K K K αβ=⨯⨯⨯ 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 φ的选择 由于齿轮做悬臂布置，取d φ= 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

h L =10⨯250⨯10=25000h

5.齿轮的许用应力 按下式计算

[]N lim

K S

σσ=

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=~。

N K ——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；h L 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=60nj h L

n 暂取10，则N=⨯⨯0=⨯710。 查机械设计表10-18可得N K =。

lim σ——齿轮疲劳极限。弯曲疲劳极限用FE σ代入；接触疲劳极限用Hlim σ代入，查机械设计图10-21得Hlim σ=980。1500

HN K = S=1

[]HN Hlim H K 1.3980

1274MPa S 1

σσ•⨯=

== 1950

780FE MPa σ= 850 1FN K = S=

[]7801

557.11.4

HF FE F K MPa S σσ•⨯=

== （双向工作乘以）

当齿数z=20 17 时，齿形系数Fa Y = 应力校正系数Sa Y = 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：

m ≥

3

21]

[2F Sa

Fa d m Y Y z T K K m σφ⨯

⨯⨯⨯⨯≥……………K m —开式齿轮磨损系数，K m =（机械设计手册（3卷）14-134）

转矩 595.510P T n

⨯= （1式）

601000n mz v π=⨯⨯

所以238.8

n m

= v= n=m （2式）

将1式、2式及各参数代入计算公式得：

≥2

m 8

.2381.557206.055.18.2120105.958.122

5⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯ 解得：72.23≥m ；20 取m=25 那么n=，取n=10

5510146.110

120105.95⨯=⨯⨯=T