齿轮齿条设计计算举例.docx

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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=°，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２221Ｎ，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=,ha=17

齿根高hf,hf=5.5

齿高h=ha+hf=17+5.5=22.5

分度圆直径d=mz/cosβ=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　　　　db=57.648

法向齿厚为　　　　

　　　　　　　　　　×4=18.372

端面齿厚为　　　　

　　　　　　　　　　×4=21.1

分度圆直径与齿条运动速度的关系d=60000v/πn10.001m/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（）

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=°，变位系数x=0.7

4.3.2齿轮的齿根弯曲强度设计。

（1）试取K=

（2）斜齿轮的转矩T=２221N·m

（3）取齿宽系数

（4）齿轮齿数

（5）复合齿形系数=

（6）许用弯曲应力=0.7=0.7920=644N/

为齿轮材料的弯曲疲劳强度的基本值。

≧9.9

试取=10mm

（7）圆周速度

d=61.348mm

b=d=0.8×61.348=49.0784取b=49mm

v=0.032m/s

（8）计算载荷系数

1）查表得使用系数=1

2）根据v=0.032m/s,和8级精度，查表得

3）查表得　　齿向载荷分布系数

4）查表得　　齿间载荷分布系数

5）修正值计算模数＝9.215故前取10mm不变．

4.3.3齿面接触疲劳强度校核

校核公式为　

（１）许用接触应力

　查表得

由图得

安全系数　

（２）查表得　弹性系数　．

（３）查表得　区域系数　．

（４）重合度系数　　＝

（５）螺旋角系数　　＝

Map1650MPa

　由以上计算可知齿轮满足齿面接触疲劳强度，即以上设计满足设计要求。

第五章齿条的设计

5.1齿条的设计[6]

根据齿轮齿条的啮合特点:

（1）齿轮的分度圆永远与其节圆相重合,而齿条的中线只有当标准齿轮正确安装时才与其节圆相重合.

（2）齿轮与齿条的啮合角永远等于压力角.

因此,齿条模数m=10,压力角

齿条断面形状选取圆形

选取齿数z＝28，螺旋角

端面模数　　　10.1012

端面压力角　　

法面齿距　　　π31.4

端面齿距　　　=31.716

齿顶高系数　　　

法面顶隙系数　　

齿顶高　　　　　17.85

齿根高　　　　　　5.5

齿高　h=ha+hf=23.35

法面齿厚　　　　18.372

端面齿厚　　21.1

第六章　齿轮轴的设计[4]

由于齿轮的基圆直径57.65，数值较小，若齿轮与轴之间采用键连接必将对轴和齿轮的强度大大降低，因此，将其设计为齿轮轴．由于主动小齿轮选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火，因此轴的材料也选用20MnCr5材料制造并经渗碳淬火．

查表得：

20MnCr5材料的硬度为６０ＨＲＣ，抗拉强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限，剪切疲劳极限，转速n=10r/min

根据公式[5]

忽略磨损，根据能量守衡，作用在齿轮齿条上的阻力矩为，作用在齿轮上的轴向力为，

作用在齿轮上的切向力为

弯曲疲劳强度校核

＝Ｆ／＝/3.14MPa<

剪切疲劳强度校核

=F/=/3.14＜３００ＭＰa

抗拉强度校核

满载时的阻力矩为

齿轮轴的最小直径为d=８mm，在此截面上的轴向抗拉强度为

＝Ｆ／=1/3.1414=MPa<1100Mpa

本设计选择齿轮轴直径D=20