(2024年)机械设计基础课件齿轮机构H

机械设计基础课件齿轮机构H12024/3/26目录contents齿轮机构概述齿轮机构基本原理齿轮机构设计方法与步骤常见齿轮机构类型及特点齿轮机构应用实例分析齿轮机构发展趋势与挑战22024/3/2601齿轮机构概述32024/3/26齿轮机构是由两个或多个齿轮组成，通过轮齿间的啮合传递运动和动力的机械传动装置。定义根据齿轮轴线相对位置的不同，齿轮机构可分为平行轴齿轮机构、相交轴齿轮机构和交错轴齿轮机构。分类齿轮机构定义与分类42024/3/26

齿轮机构应用领域工业领域齿轮机构广泛应用于各种机械设备中，如机床、汽车、船舶、飞机等，用于传递动力和改变转速及转向。能源领域在风力发电、水力发电等新能源设备中，齿轮机构作为关键传动部件，实现动力的传递和转换。交通运输领域火车、地铁、轻轨等轨道交通车辆，以及自行车、摩托车等交通工具中，齿轮机构用于改变速度和方向。52024/3/26早在古代，人们就开始使用木制或石制的齿轮进行简单的机械传动。古代时期随着工业革命的兴起，金属加工技术的进步促进了齿轮机构的快速发展，出现了各种高精度、高效率的齿轮传动装置。工业革命时期随着计算机技术和先进制造技术的不断发展，现代齿轮机构设计更加精确、制造更加精细，应用领域也更加广泛。现代时期齿轮机构发展历程62024/3/2602齿轮机构基本原理72024/3/26定义传动比主动齿轮转速与从动齿轮转速之比。传动比计算公式i=n1/n2=z2/z1，其中n1、n2为主、从动齿轮转速，z1、z2为主、从动齿轮齿数。齿轮传动比计算82024/3/26两齿轮的模数和压力角必须相等。啮合条件啮合过程啮合特点主动齿轮的齿根推动从动齿轮的齿顶，实现动力传递。齿轮传动具有恒定的传动比，且传动平稳、噪音小、效率高。030201齿轮啮合条件分析92024/3/26根据齿轮的啮合原理，分析齿轮受到的径向力、圆周力和轴向力。受力分析根据齿轮的受力情况，进行齿面接触强度和齿根弯曲强度计算。强度计算在满足强度要求的前提下，尽量减小齿轮的尺寸和重量，提高传动的效率和可靠性。设计准则齿轮受力分析及强度计算102024/3/2603齿轮机构设计方法与步骤112024/3/26选择齿轮参数根据设计目标，选择合适的齿轮模数、齿数、压力角等参数。确定设计目标明确齿轮机构的使用场合、传递功率、转速等要求。确定齿轮精度等级根据使用要求和制造成本，选择合适的齿轮精度等级。设计目标确定与参数选择122024/3/26123适用于平行轴之间的传动，具有结构简单、制造方便等优点，但承载能力相对较低。圆柱齿轮适用于相交轴之间的传动，具有结构紧凑、传动比稳定等优点，但制造和安装精度要求较高。圆锥齿轮适用于交错轴之间的传动，具有传动比大、结构紧凑等优点，但效率相对较低，且制造精度要求较高。蜗杆蜗轮齿轮类型选择及优缺点比较132024/3/2603优化设计在满足基本设计要求的前提下，对齿轮机构进行优化设计，如减小体积、减轻重量、提高传动效率等。01设计计算根据选定的齿轮参数和类型，进行齿轮的几何尺寸计算、强度校核等。02校核过程对设计计算结果进行校核，包括齿面接触强度校核、齿根弯曲强度校核等，确保齿轮机构满足使用要求。设计计算与校核过程142024/3/2604常见齿轮机构类型及特点152024/3/26平行轴传动圆柱齿轮机构主要用于平行轴之间的传动，具有结构紧凑、传动效率高的特点。直齿、斜齿及人字齿根据齿形不同，圆柱齿轮可分为直齿、斜齿及人字齿，各有不同的优缺点及适用场合。高精度制造为确保传动精度和平稳性，圆柱齿轮的制造精度要求较高。圆柱齿轮机构162024/3/26圆锥齿轮机构适用于相交轴之间的传动，具有较大的传动比和较紧凑的结构。相交轴传动圆锥齿轮也可分为直齿、斜齿及曲线齿等不同类型，以满足不同传动需求。直齿、斜齿及曲线齿圆锥齿轮在传动过程中会产生较大的轴向力，需特别注意轴承的选用和轴向定位。轴向力承载圆锥齿轮机构172024/3/26蜗杆蜗轮机构主要用于垂直轴之间的传动，具有较大的传动比和自锁功能。垂直轴传动蜗杆和蜗轮的齿形为螺旋形，可实现连续、平稳的传动。螺旋齿形蜗杆蜗轮机构传动效率高，噪音低，适用于各种高精度、低噪音要求的场合。高效率与低噪音蜗杆蜗轮机构182024/3/26行星齿轮机构行星齿轮机构具有结构紧凑、传动比大、承载能力强等优点，广泛应用于各种机械装置中。谐波齿轮机构谐波齿轮机构利用弹性变形原理实现传动，具有高精度、无间隙、体积小等优点，适用于精密机械装置中。非圆齿轮机构非圆齿轮机构可实现变传动比传动，满足某些特殊机械装置的需求。其他特殊类型齿轮机构192024/3/2605齿轮机构应用实例分析202024/3/26提高传动效率采用高精度齿轮和优质润滑材料，降低传动过程中的摩擦和噪音，提高传动效率。实现换向功能通过行星轮系等复杂齿轮机构，实现输入轴和输出轴之间的换向功能，满足汽车倒车等需求。实现变速功能通过不同大小齿轮的组合，改变输出转速和扭矩，满足汽车不同行驶条件下的动力需求。汽车变速器中齿轮机构应用212024/3/26实现关节运动采用高精度齿轮和优质轴承等元件，提高工业机器人关节处的运动精度和稳定性。提高运动精度实现力传递和放大通过齿轮机构的力传递和放大作用，使工业机器人能够承受更大的负载和完成更复杂的任务。通过齿轮机构将电机的旋转运动转化为关节的往复摆动或旋转运动，实现工业机器人的各种动作。工业机器人关节处齿轮机构应用222024/3/26在航空航天器中，齿轮机构被广泛应用于发动机、传动系统和起落架等部件中，实现动力的传输和分配。实现动力传输航空航天器对传动效率的要求非常高，因此采用高精度、高效率的齿轮机构是非常重要的。提高传动效率为了满足航空航天器对轻量化的要求，齿轮机构通常采用高强度、轻质的材料制造，并进行优化设计以降低重量。实现轻量化设计航空航天领域中齿轮机构应用232024/3/2606齿轮机构发展趋势与挑战242024/3/26高性能随着现代机械装备对传动性能要求的提高，齿轮机构需要具备更高的传动效率、更低的噪音和更小的振动。高精度高精度是齿轮机构发展的重要方向，包括齿轮齿形的精度、齿轮传动的运动精度和动力精度等。高可靠性齿轮机构作为机械装备的关键部件，需要具备高可靠性和长寿命，以保证整个装备的稳定运行。高性能、高精度、高可靠性要求252024/3/26微型化01随着微电子技术和微纳制造技术的发展，微型齿轮机构的应用范围不断扩大，如微型机器人、微型飞行器等领域。轻量化02轻量化是齿轮机构发展的重要方向之一，通过采用轻质材料和优化结构设计，可以降低齿轮机构的重量和体积。集成化03集成化是将多个功能部件集成在一个齿轮机构中，实现多功能化和紧凑化，提高空间利用率和传动效率。微型化、轻量化、集成化趋势262024/3/26智能化、数字化、网络化发展方向网络化是将多个齿轮机构通过网络连接起来，实现信息共享和协同工作，提高整个系统的运行效率和可靠性。网络化智