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1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計專題小論文 內(nèi) 蒙 古 科 技 大 學(xué) Inner Mongolia University Of Science & Technology 本科生畢業(yè)設(shè)計專題小論文 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班 級：機械 07-1班 指導(dǎo)老師： 6 950軋機推床傳動齒輪齒條機構(gòu)幾個問

2、題分析 吳龍 （內(nèi)蒙古科技大學(xué)機械工程學(xué)院， 包頭 014010） 摘 要：本文依據(jù)950軋機推床對齒輪齒條傳動的要求，對如何消除傳動誤差，增大齒輪齒條傳動機構(gòu)的重疊系數(shù)，及提高其承載能力，延長其使用壽命等問題，通過傳動機構(gòu)的參數(shù)對其進(jìn)行了分析，并提出了的解決方法。 關(guān)鍵詞：推床 齒輪齒條 機構(gòu) 彎曲疲勞 The 950 push bed of rolling mill drive rack and pinion mechanism analysis of several problems Wu Long （Inner Mongolia University of

3、Science and Technology,Mechanical Engineering School, Baotou,014010） Abstract: Pushing this article based on 950 mill bed on the rack and pinion drive requirements, on how to eliminate transmission errors,increase the rack and pinion drive mechanism of overlap coefficient,and improve its bearing

4、 capacity,issues such as extending the life, by transmission parameters to be analysed, and proposed solutions. Keywords: Push-guide Rack and pinion Mechanism Bending fatigue 1、前言 齒輪齒條機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于礦山機械、工程機械和汽車制造等行業(yè)。但在起步或低速工況下操作時，該機構(gòu)負(fù)荷較大，容易造成機構(gòu)的損壞。本文依據(jù)950軋機推床對齒輪齒條傳動的要求，對如何消除傳動誤差，增

5、大齒輪齒條傳動機構(gòu)的重疊系數(shù)，及提高其承載能力，延長其使用壽命等問題，通過傳動機構(gòu)的參數(shù)對其進(jìn)行了解分析，并提出解決方法。 2、齒輪齒條相對位置 950軋機推床上齒輪齒條傳動如圖所示： 1—齒條機構(gòu) 2—齒輪機構(gòu) 圖1 950軋機推床上齒輪齒條機構(gòu)簡圖 3、齒輪與齒條傳動特點 齒輪作回轉(zhuǎn)運動，齒條作直線運動，齒條可以看作一個齒數(shù)無窮多的齒輪的一部分，這時齒輪的各圓均變?yōu)橹本€，作為齒廓曲線的漸開線也變?yōu)橹本€。齒條直線的速度與齒輪分度圓直徑、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為 式中 d——齒輪分度圓直徑，； ——齒輪轉(zhuǎn)速，。 其嚙合線與齒輪的基圓相切，由于齒條的基圓為無窮大

6、，所以嚙合線與齒條基圓的切點在無窮遠(yuǎn)處。 齒輪與齒條嚙合時，不論是否標(biāo)準(zhǔn)安裝（齒輪與齒條標(biāo)準(zhǔn)安裝即為齒輪的分度圓與齒條的分度圓相切），其嚙合角恒等于齒輪分度圓壓力角，也等于齒條的齒形角；齒輪的節(jié)圓也恒與分度圓重合。只是在非標(biāo)準(zhǔn)安裝時，齒條的節(jié)線與分度線不再重合。 齒輪與齒條正確嚙合條件是基圓齒距相等，齒條的基圓齒距是其兩相鄰齒廓同側(cè)直線的垂直距離，即。 齒輪與齒條的實際嚙合線為，即齒條頂線及齒輪齒頂圓與嚙合線的交點及之間的長度。 1—齒條機構(gòu) 2—齒輪機構(gòu) 圖2 齒輪齒條嚙合簡圖 齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算 表1齒輪齒條傳動的幾何尺寸計算 4、確定輪齒彎曲疲勞強度

7、 《機械設(shè)計》 式5-31a 式中： m——模數(shù),mm； k——載荷系數(shù)，可近似取1.3～1.7，這里取k=1.5； ——齒輪傳遞的名義扭矩，由前面計算； 式中為聯(lián)軸器的傳動效率； ——復(fù)合齒形系數(shù)； ——齒寬系數(shù)，，vb—輪齒寬度； ——小齒輪齒數(shù)； []——許用彎曲應(yīng)力； 5、齒條的主要特點： （1） 由于齒條齒廓為直線，所以齒廓上各點具有相同的壓力角，且等于齒廓的傾斜角，此角稱為齒形角，標(biāo)準(zhǔn)值為20。 （2） 與齒頂線平

8、行的任一條直線上具有相同的齒距和模數(shù)。 （3） 與齒頂線平行且齒厚等于齒槽寬的直線稱為分度線（中線），它是計算齒條尺寸的基準(zhǔn)線。 6、齒輪齒條傳動產(chǎn)生誤差的原因 除了不可避免的制造誤差以外，主要是由于在齒輪齒條嚙合傳動計算過程中存在著一個值，即周節(jié)（分度圓相切）。眾所周知不是一個定值，因而形成了進(jìn)給系統(tǒng)中名義進(jìn)給與實際進(jìn)給之間的誤差，所以說這種誤差實際上是設(shè)計時造成的理論誤差。如果用函數(shù)值代替齒條設(shè)計中的值，則可使設(shè)計中所產(chǎn)生的理論誤差為零。從而消除這種誤差。 具體消除的方法是： 1、 保持齒輪原設(shè)計不變 2、 用函數(shù)值消去齒條中的值，改變原齒輪的壓力角及周節(jié)(即周節(jié)變位) 這樣

9、根據(jù)基結(jié)相等的的原理（因為基結(jié)相等就能嚙合）改變后的傳動系統(tǒng)保留了齒輪的原設(shè)計部分，僅僅改變了齒條的壓力角，就達(dá)到了減少誤差的目的。 7、齒輪齒條傳動參數(shù)的優(yōu)化 在齒輪傳動裝置的總體尺寸、軸和軸承的等結(jié)構(gòu)布置方案確定時，可以通過對齒輪嚙合參數(shù)的優(yōu)化，提高其承載能力或在已有的工作條件下延長其使用壽命。 （1）目標(biāo)函數(shù) 利用求出的參數(shù)確定端面重疊系數(shù) 上式中的齒輪齒條機構(gòu)重疊系數(shù)與齒輪齒條所有參數(shù)有關(guān)，但是有些參數(shù)（如m、z、、d）由強度、運動特性、設(shè)計和工藝特點所決定，其余參數(shù)對齒的強度和運動有影響，可以在參數(shù)范圍內(nèi)變化，由設(shè)計者根據(jù)參數(shù)選擇和確定。重疊系數(shù)實際取值范圍，道具

10、結(jié)構(gòu)，工藝設(shè)備規(guī)定和工藝過程特點等。齒輪傳動裝置可以選取最小體積或質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，也可以選取齒輪傳動裝置中傳動參數(shù)最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)。以齒輪齒條重疊系數(shù)最大為目標(biāo)函數(shù)如下： 設(shè)計變量 目標(biāo)函數(shù) 約束條件 以齒輪齒條不發(fā)生根切時的最少齒數(shù)、不變尖和干涉、模數(shù)及螺旋角的取值范圍、齒輪齒條齒面接觸強度、齒輪彎曲疲勞強度、軸的強度及剛度等得到保證為約束條件。 即 參數(shù)選擇范圍 應(yīng)大于不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)。 （3） 優(yōu)化方法 由上述所建立的目標(biāo)函數(shù)和給出的約束條件可知，這是一個具有多個不等式約束的優(yōu)化設(shè)計問題。為了確定重

11、疊系數(shù)最大值，在約束功能的基礎(chǔ)上，采用懲罰函數(shù)法進(jìn)行計算，這種優(yōu)化算法的優(yōu)點是在給定一個可行的初始方案后，能給出一系列逐步改進(jìn)的可行設(shè)計方案。另外，這一算法的程序設(shè)計較為方便，加之其收劍速度也比較快，因此它是求解不等式約束優(yōu)化問題的一種較為有效的方法。通過選擇和修正參數(shù)約束，進(jìn)行嚙合幾何計算和運動計算，轉(zhuǎn)向器受力分析，齒輪齒條強度計算，制造和裝配誤差對嚙合指標(biāo)影響估算，特別是對重疊系數(shù)的計算，通過約束求解，得出目標(biāo)函數(shù)的最大值。結(jié)論通過增大齒輪齒條的傳動機構(gòu)的重疊系數(shù)，從而提高齒輪齒條的承載能力，延長了使用壽命，提高了生產(chǎn)的效率。 參考文獻(xiàn)： [1] 陳作模主編 《機械原理》 高等教育出版社 2000 [2] 濮良貴．機械設(shè)計北京：高等教育出版 I．1997，389～408 [3] 寧夏大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 第20卷 第1期． [4] 黃平．常用機械零件及機構(gòu)圖冊．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999．392