《机械设计基础》教学课件主题10齿轮传动

$number{01}《机械设计基础》教学课件主题10齿轮传动2024-01-14汇报人：AA目录齿轮传动概述齿轮的几何要素与参数齿轮传动的啮合原理齿轮传动的强度计算齿轮的材料、热处理与精度齿轮传动的润滑与密封齿轮传动的设计实例与案例分析01齿轮传动概述齿轮传动是指通过两个或多个齿轮的啮合来传递动力和运动的机械传动方式。定义根据齿轮轴线的相对位置，齿轮传动可分为平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动三类。分类齿轮传动的定义与分类齿轮传动具有传动效率高、传动比准确、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点。但同时也存在噪声、振动和制造成本较高等缺点。齿轮传动被广泛应用于各种机械设备中，如汽车、机床、航空航天器、风力发电机等，用于实现变速、变向、分动和动力传递等功能。齿轮传动的特点与应用应用特点123齿轮传动的发展历程现代阶段随着计算机技术和先进制造技术的发展，现代齿轮传动设计更加精确、制造更加高效，同时新型材料和先进润滑技术的应用也进一步提高了齿轮传动的性能和使用寿命。初始阶段早在古代，人们就开始使用木制或石制的齿轮来传递动力，但受材料和加工技术的限制，其性能和应用范围有限。发展阶段随着金属材料和加工技术的进步，齿轮传动的性能和应用范围得到了极大的提升。特别是工业革命以后，齿轮传动开始被广泛应用于各种机械设备中。02齿轮的几何要素与参数齿形齿轮的齿形是指齿轮轮齿的形状，常见的有渐开线齿形、摆线齿形和圆弧齿形等。其中，渐开线齿形因其传动平稳、承载能力强等优点而应用广泛。齿廓齿轮的齿廓是指齿轮轮齿的侧面形状，分为直齿廓和斜齿廓两种。直齿廓的齿轮制造简单，但传动时会产生冲击和噪声；斜齿廓的齿轮传动平稳，但制造较复杂。齿轮的齿形与齿廓模数齿轮的模数是表示轮齿大小的一个基本参数，用m表示。模数越大，轮齿越强壮，承载能力越强。标准模数系列已标准化，可根据需要选用。压力角齿轮的压力角是指在齿轮分度圆上，轮齿齿廓上任意一点的径向线与该点的切线之间的夹角，用α表示。压力角的大小对齿轮传动的性能有很大影响，一般取标准值20°。齿轮的模数与压力角为了改善齿轮传动的性能，有时需要对齿轮进行变位处理。变位是指改变齿轮分度圆的位置，使得齿轮的实际齿形与理论齿形有所不同。变位变位系数是表示齿轮变位程度的一个参数，用x表示。变位系数可以是正数、负数或零，分别对应正变位、负变位和标准齿轮。通过选择合适的变位系数，可以改善齿轮传动的重合度、降低噪声和振动等。变位系数齿轮的变位与变位系数03齿轮传动的啮合原理啮合线固定压力角恒定可分性渐开线齿廓的啮合特性两齿轮啮合时，其啮合线为一直线，且与两齿轮基圆的内公切线重合。渐开线齿廓上任意点的压力角均相等，使得传动过程中受力情况稳定。两个渐开线齿轮的中心距稍有变化时，其瞬时传动比仍保持不变，具有良好的可分性。两齿轮的模数必须相等，以确保齿轮副能够正确啮合。模数相等压力角相等齿数匹配两齿轮的压力角也必须相等，以保证传动过程中的受力均衡。两齿轮的齿数需要匹配，以确保传动比的准确性和稳定性。030201齿轮传动的正确啮合条件为保证齿轮传动的连续性，其重合度应大于1，即同时参与啮合的齿数应多于一对。重合度大于1齿轮副在传动过程中应保持无侧隙啮合，以减小传动误差和噪音。无侧隙啮合齿面硬度应适中，既要保证耐磨性，又要避免过硬导致脆断。适当的齿面硬度齿轮传动的连续传动条件04齿轮传动的强度计算

齿轮传动的受力分析圆周力Ft主动轮的圆周力方向与转动方向相反，从动轮的圆周力方向与转动方向相同。径向力Fr对于外齿轮，径向力指向各自的轮心；对于内齿轮，径向力背向各自的轮心。轴向力Fa对于斜齿轮，轴向力沿轴线方向，可根据左右手法则确定。载荷系数K齿形系数YFα应力修正系数YSα许用弯曲应力[σF]齿轮传动的弯曲强度计算考虑弯曲应力集中对轮齿应力的影响。根据齿轮材料、热处理方式及工作条件等因素确定。考虑使用系数KA、动载系数KV、齿间载荷分配系数Kα及齿向载荷分布系数Kβ对轮齿应力的影响。与齿形有关的系数，可通过查表获取。弹性系数ZE与材料弹性模量有关的系数。节点区域系数ZH考虑节点处齿廓形状对接触应力的影响。接触疲劳许用应力[σH]根据齿轮材料、热处理方式及工作条件等因素确定。载荷分担系数KL对于多对齿同时啮合的情况，考虑载荷在各对齿间的分配情况。齿轮传动的接触强度计算05齿轮的材料、热处理与精度热处理目的提高齿面硬度、耐磨性和疲劳强度。常用齿轮材料钢、铸铁、有色金属及合金等。热处理方法渗碳淬火、调质处理、表面淬火等。齿轮的材料与热处理根据使用要求，齿轮精度可分为多个等级，如6级、7级、8级等。精度等级齿轮的公差配合包括齿距累积公差、齿形公差、齿向公差等。公差配合在满足使用要求的前提下，尽量选用较低的精度等级以降低制造成本。选用原则齿轮的精度等级与公差硬度齿面硬度是齿轮材料抵抗局部变形的能力，对于承受重载或冲击载荷的齿轮，其硬度要求较高。影响因素齿轮的制造方法、材料、热处理工艺等都会影响其表面粗糙度和硬度。表面粗糙度齿面粗糙度对齿轮传动性能有很大影响，一般要求齿面粗糙度Ra值在0.8~3.2μm之间。齿轮的表面粗糙度与硬度06齿轮传动的润滑与密封齿轮传动的润滑方式与润滑剂选择润滑方式根据齿轮传动的特点和要求，可以选择浸油润滑、喷油润滑、油雾润滑等润滑方式。润滑剂选择齿轮传动常用的润滑剂有润滑油和润滑脂。选择润滑剂时，应考虑齿轮的材质、工作温度、载荷大小等因素。齿轮传动的密封方式主要有接触式密封和非接触式密封两种。接触式密封包括毡圈密封、皮碗密封等；非接触式密封包括间隙密封、迷宫密封等。密封方式密封材料应具有耐油、耐磨、耐温等特性，常用的密封材料有橡胶、塑料、金属等。密封材料选择齿轮传动的密封方式与密封材料选择调整与维护清洗与换油定期检查齿轮传动的维护与保养建议定期对齿轮传动进行检查，包括齿面磨损、齿轮啮合情况、轴承磨损等。根据检查结果，对齿轮传动进行调整和维护，包括调整齿轮间隙、更换磨损件等。定期清洗齿轮箱并更换润滑油，保证润滑效果。07齿轮传动的设计实例与案例分析设计步骤根据变速箱的输入/输出扭矩、转速等参数，计算齿轮的模数、齿数等关键尺寸。进行齿轮的强度校核和疲劳寿命分析，确保设计满足要求。设计背景：为满足某型号汽车变速箱的高扭矩传输和高效能要求，进行齿轮设计。选择合适的齿轮类型（如直齿、斜齿等）和材料。利用CAD软件进行齿轮的三维建模和装配检查。010203040506设计实例：某型号汽车变速箱中的齿轮设计故障现象：某企业生产线上的齿轮传动系统出现异响、振动和温升异常。案例分析0302故障原因分析01案例分析齿轮材料选择不当，不能满足高负载工况要求。