机械设计基础-第九章齿轮传动

机械设计基础-第九章齿轮传动汇报人：AA2024-01-12目录CONTENTS齿轮传动概述齿轮的基本参数和几何尺寸齿轮的材料、热处理和精度等级齿轮的传动比和效率齿轮的设计计算齿轮的加工与检测齿轮传动的润滑与密封01CHAPTER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比准确、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等优点。齿轮传动的制造和安装精度要求较高，且会产生噪音和振动。齿轮传动的优缺点缺点优点齿轮传动被广泛应用于各种机械设备中，如机床、汽车、船舶、飞机等。工业领域在风力发电、水力发电等能源转换设备中，齿轮传动也发挥着重要作用。能源领域此外，齿轮传动还应用于轨道交通、航空航天、军事装备等领域。其他领域齿轮传动的应用领域02CHAPTER齿轮的基本参数和几何尺寸齿轮的一个重要基本参数，用m表示。它决定了齿轮轮齿的大小，模数越大，轮齿越强壮，承载能力越强。模数的选择需根据齿轮的受力情况和制造工艺要求进行。模数齿轮齿形的一个重要参数，用α表示。它表示齿轮齿形上某点的法线与该点速度方向之间的夹角。压力角的大小对齿轮传动的性能有很大影响，通常取标准值20°。压力角齿轮的模数和压力角齿数齿轮上轮齿的数量，用z表示。齿数的多少直接影响齿轮的几何尺寸和传动比。齿数过少会导致齿轮根切现象，齿数过多则可能使齿轮变得过于庞大。变位系数用于描述齿轮齿形相对于理论齿形的偏移程度，用x表示。通过改变变位系数，可以调整齿轮的中心距、改善齿轮的啮合性能等。齿轮的齿数和变位系数中心距两个相互啮合的齿轮的分度圆半径之和，用a表示。它等于两齿轮模数与齿数之和的一半，即a=(m1z1+m2z2)/2。分度圆直径齿轮的基准直径，用d表示。它等于模数与齿数的乘积，即d=mz。齿顶圆直径齿轮齿顶所在的圆的直径，用da表示。它等于分度圆直径加上两个模数，即da=d+2m。齿根圆直径齿轮齿根所在的圆的直径，用df表示。它等于分度圆直径减去两个模数与两个齿顶高之和，即df=d-2(m+ha*)，其中ha*为齿顶高系数。齿轮的几何尺寸计算03CHAPTER齿轮的材料、热处理和精度等级齿轮的常用材料及其特性具有良好的渗碳能力和淬透性，用于制造承受重载和冲击的齿轮。经过调质处理，具有较高的综合力学性能，用于制造中等载荷的齿轮。具有优良的耐腐蚀性和耐磨性，用于制造在腐蚀环境下工作的齿轮。具有良好的铸造性能和减振性能，用于制造低速、轻载的齿轮。渗碳钢调质钢不锈钢铸铁提高齿轮表面的硬度和耐磨性，同时保持心部的韧性。渗碳淬火使齿轮获得良好的综合力学性能，提高齿轮的承载能力和使用寿命。调质处理提高齿轮表面的硬度和耐磨性，适用于中碳钢和中碳合金钢制造的齿轮。表面淬火通过渗金属或渗非金属元素，改变齿轮表面的化学成分和组织结构，提高其耐磨性、耐蚀性和疲劳强度。化学热处理齿轮的热处理方法和目的精度等级根据齿轮的用途和工作条件，选择适当的精度等级，一般分为6~9级，其中6级精度最高。选择原则在满足使用要求的前提下，尽可能选择较低的精度等级以降低制造成本。对于高速、重载或要求传动平稳的场合，应选择较高的精度等级。对于一般传动或低速重载的场合，可以选择较低的精度等级。齿轮的精度等级及其选择04CHAPTER齿轮的传动比和效率

齿轮传动的传动比计算传动比定义齿轮传动中，主动齿轮与从动齿轮转速之比。计算公式传动比i=n1/n2，其中n1为主动齿轮转速，n2为从动齿轮转速。传动比与齿数关系对于标准齿轮，传动比等于两齿轮齿数之比，即i=z2/z1。齿轮传动中，输出功率与输入功率之比。效率定义影响因素效率范围包括齿轮精度、润滑条件、载荷大小及性质等。一般情况下，齿轮传动的效率在0.95-0.98之间。030201齿轮传动的效率及其影响因素采用高精度齿轮加工和装配技术，减小齿面粗糙度和齿形误差。提高齿轮精度选用合适的润滑油或润滑脂，保持齿面良好的润滑状态，减少摩擦损失。优化润滑条件通过合理设计或采用减振措施，降低载荷波动对传动效率的影响。降低载荷波动如采用变位齿轮、修形齿轮等设计方法，提高齿轮传动的重合度和承载能力，从而提高效率。采用高效齿轮设计提高齿轮传动效率的措施05CHAPTER齿轮的设计计算考虑齿轮轮齿在载荷作用下的弯曲变形，通过计算齿根弯曲应力来判断齿轮的弯曲强度。弯曲强度计算分析齿轮在啮合过程中的接触应力，以确定齿轮的接触强度。接触强度计算基于齿轮材料的疲劳特性，通过计算齿轮的疲劳寿命来评估其疲劳强度。疲劳强度计算齿轮的强度计算研究齿轮轮齿在载荷作用下的弹性变形，计算轮齿刚度以评估其对传动性能的影响。轮齿刚度计算分析齿轮轴在载荷作用下的弯曲变形，计算轴刚度以确定其对齿轮传动精度的影响。轴刚度计算综合考虑轮齿刚度和轴刚度，计算整个齿轮传动系统的刚度，以评估其传动性能。系统刚度计算齿轮的刚度计算选择影响齿轮性能的关键设计变量，如模数、齿数、压力角等。设计变量选择目标函数建立约束条件设定优化算法应用根据设计目标，如最小化体积、最大化承载能力或最小化噪音等，建立相应的目标函数。考虑齿轮设计的各种限制条件，如强度、刚度、制造工艺等，设定相应的约束条件。采用适当的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，对目标函数进行求解，得到最优设计方案。齿轮的优化设计06CHAPTER齿轮的加工与检测采用盘形模数铣刀或指状铣刀铣齿，属于成形法加工，铣刀刀齿截面形状与齿轮齿间形状相对应。铣齿磨齿按加工原理分为成型法磨齿与展成法磨齿两种。磨齿滚齿属于展成法加工，其工作原理相当于一对螺旋齿轮啮合。滚齿插齿是展成法加工，插齿刀相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮中的其中一个。插齿剃齿加工是根据一对螺旋角不等的螺旋齿轮啮合的原理，剃齿刀与被切齿轮的轴线空间交叉一个角度。剃齿0201030405齿轮的加工方法及其特点齿轮综合误差测量应用测量元件测量出被测齿轮的实际值与理想值之差，可获得齿轮单项误差和综合误差。齿轮整体误差测量把被测齿轮与理想精确的测量齿轮相比较，可反映出被测齿轮的真实情况。齿轮单项几何形状误差测量主要测量齿轮的齿廓、齿向和齿距等误差。齿轮的检测项目和方法提高机床精度采用先进刀具优化加工工艺加强检测手段提高齿轮加工精度和检测效率的措施01020304采用高精度机床，提高机床主轴、导轨等关键部件的制造精度和装配精度。采用高精度、高刚度的刀具，减少刀具磨损和变形对加工精度的影响。合理安排加工工序，选择适当的切削参数和切削液，减少加工变形和残余应力。采用先进的测量仪器和测量方法，提高检测精度和效率，及时发现和纠正加工误差。07CHAPTER齿轮传动的润滑与密封齿轮传动的润滑方式和润滑剂选择润滑方式根据齿轮传动的工作条件，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，应考虑齿轮传动的速度、载荷、温度等因素，以及润滑剂的粘度、油性、极压性等性能指标。密封方式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。密封材料选择密封材料应具有耐油、耐磨、耐温、耐腐蚀等性能。常用的密封材料有橡胶、塑料、皮革、金属等。齿轮传动的密封方式和密封材料选择提高齿轮传动润滑和密封性能的措施优化齿轮参数通过优化齿轮的模数、齿数、压力角等参数，可以改善齿轮传动的啮合性能，降低摩擦和磨损，从而提高润滑和密封性能。采用高性能润滑剂和添加剂采