《齿轮机构啮合传动》课件

齿轮机构啮合传动齿轮机构啮合传动是机械传动中一种常见的形式，广泛应用于各种机械设备。它利用齿轮间的相互啮合来传递运动和扭矩。课程简介课程目标本课程旨在帮助学生掌握齿轮机构啮合传动的基本原理和设计方法，并能够独立完成齿轮传动机构的设计与分析。课程内容齿轮传动概述齿轮啮合基本原理齿轮啮合分类齿轮啮合参数计算平面曲柄摇杆机构设计与分析斜齿轮传动概述蜗轮蜗杆传动概述齿轮传动概述齿轮传动是一种常见的机械传动方式，应用广泛。齿轮传动通过齿轮之间的啮合，将动力和运动传递。齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、运行平稳等优点。齿轮传动主要用于各种机械设备中，例如汽车、机床、工业机器人等。齿轮啮合基本原理1齿廓啮合两个齿轮的齿廓相互接触，形成一个瞬时接触点，称为啮合点。2齿轮间相对运动齿轮啮合时，两个齿轮之间发生相对滚动和滑动，实现传动。3啮合线啮合点在齿轮表面上形成一条曲线，称为啮合线。4啮合角啮合线与齿轮的轴线之间的夹角，称为啮合角。齿轮啮合分类直齿轮齿面与轴线平行，结构简单，制造容易，适用于低速重载场合。斜齿轮齿面与轴线成一定角度，传动平稳，承载能力强，适用于高速重载场合。蜗轮蜗杆蜗轮是圆柱齿轮，蜗杆是螺旋齿轮，可实现较大传动比，适用于低速、大扭矩传动。锥齿轮齿面为圆锥面，可实现轴线相互垂直的传动，广泛应用于汽车、机械等行业。基本啮合条件中心距中心距是指两个齿轮中心之间的距离，它是齿轮啮合的重要参数。压力角压力角是指齿轮啮合时齿廓线上的法线与齿轮中心线之间的夹角，影响齿轮的受力状况。模数模数是齿轮齿高的基本单位，影响齿轮的尺寸和强度。齿形齿形是指齿廓线的形状，影响齿轮的传动效率和噪音水平。圆柱齿轮啮合参数2齿数影响齿轮尺寸和传动比10模数决定齿轮尺寸和强度1压力角影响齿轮啮合强度和效率1.5齿顶高影响齿轮间隙和磨损平面曲柄摇杆机构平面曲柄摇杆机构是常见的机械机构，广泛应用于各种机械设备中。它由曲柄、连杆和摇杆组成，通过曲柄的旋转带动连杆和摇杆运动。平面曲柄摇杆机构可实现多种运动形式，例如直线运动、往复运动、摆动运动等。通过改变机构的尺寸参数，可以调整机构的运动特性。平面曲柄摇杆机构设计1确定机构类型首先要确定机构的类型，包括曲柄、摇杆和连杆的长度以及机构的运动方式。2选择齿轮根据机构的运动需求选择合适的齿轮，包括齿数、模数、压力角等参数。3绘制机构图根据机构的尺寸和运动方式绘制机构图，并标注关键尺寸和运动参数。4进行运动学分析使用运动学分析软件或理论计算方法分析机构的运动特性，例如速度、加速度和位移。5进行动力学分析使用动力学分析软件或理论计算方法分析机构的受力情况，例如扭矩、应力等。6优化设计根据运动学和动力学分析结果对机构进行优化设计，以提高机构的效率和性能。平面曲柄摇杆机构分析1运动学分析机构各构件运动规律2动力学分析机构受力情况及运动3强度分析机构各构件强度4运动轨迹分析机构的运动轨迹分析分析平面曲柄摇杆机构运动规律是设计的基础机构的动力学分析，可以优化机构效率和精度强度分析是为了保证机构的安全可靠平面曲柄摇杆机构的运动学分析1位移分析分析机构中各构件的位移变化规律。2速度分析分析机构中各构件的速度变化规律。3加速度分析分析机构中各构件的加速度变化规律。通过运动学分析可以确定机构的运动规律，为后续动力学分析和机构优化设计提供基础。平面曲柄摇杆机构的动力学分析受力分析确定机构中各构件所受的外力、惯性力、约束反力等。运动分析分析各构件的运动规律，如速度、加速度等。平衡分析分析机构的静力平衡和动力平衡，确保机构在运动过程中稳定运行。振动分析分析机构在工作过程中产生的振动，包括振动幅值、频率、振型等。强度分析分析各构件的强度，确保机构在工作过程中不会发生断裂或失效。疲劳分析分析各构件在重复荷载作用下的疲劳强度，确保机构具有足够的寿命。平面曲柄摇杆机构的应力分析载荷分析首先需要确定机构在工作过程中的载荷情况，包括外力、惯性力等。应力计算根据载荷分析结果，利用有限元分析方法或其他工程力学方法计算机构关键部位的应力。强度校核将计算得到的应力与材料的强度极限进行比较，判断机构是否满足强度要求。优化设计如果强度校核不满足要求，需要进行优化设计，例如改变材料、结构等。平面曲柄摇杆机构的最优设计优化目标通常包含最小化尺寸、重量和成本，同时最大化效率、可靠性和寿命。优化方法常用的方法包括遗传算法、模拟退火算法和粒子群优化算法。优化软件例如ANSYS、MATLAB和SolidWorks，可帮助进行复杂的设计优化。斜齿轮传动概述结构特点斜齿轮传动具有齿面接触面积更大、承载能力更强、传动平稳等优点。应用范围斜齿轮传动广泛应用于各种机械设备，例如汽车、机床、航空航天等。设计参数斜齿轮传动的设计参数包括模数、齿数、螺旋角、压力角等。斜齿轮啮合参数斜齿轮啮合参数包括模数、齿数、齿顶高、齿根高、齿厚、压力角、螺旋角等。这些参数决定了斜齿轮的几何形状、尺寸和运动特性。斜齿轮的螺旋角是斜齿轮的重要参数，它影响着斜齿轮的承载能力、传动效率和噪音水平。斜齿轮传动的运动学分析1速度分析斜齿轮传动中，齿轮的转速与齿数成反比，即齿数少的齿轮转速快，齿数多的齿轮转速慢。2加速度分析由于斜齿轮的齿面倾斜，其运动过程中会产生切向加速度和法向加速度，需要根据斜齿轮的几何参数和转速进行计算。3运动轨迹分析斜齿轮传动中，齿轮的运动轨迹是一个螺旋线，其形状受齿面倾角、齿数和中心距等因素的影响。斜齿轮传动的应力分析斜齿轮传动在运行过程中会受到多种力的作用，例如齿面载荷、轴向力、离心力等。这些力会造成齿轮的应力集中，从而导致齿轮的疲劳失效。1接触应力齿面接触点产生的局部应力2弯曲应力齿根处由于弯矩产生的应力3扭转应力齿轮轴受到扭矩产生的应力为了保证斜齿轮传动的可靠性，必须对齿轮的应力进行分析，并根据分析结果选择合适的材料和加工工艺，以提高齿轮的强度和使用寿命。斜齿轮传动的优化设计齿轮参数优化通过调整齿轮的模数、压力角、螺旋角等参数，可以改善齿轮传动的性能。例如，增加模数可以提高齿轮的承载能力，而增加螺旋角可以减少齿轮的噪音和振动。材料选择选用高强度、耐磨损、抗疲劳的材料可以延长齿轮的使用寿命。例如，使用合金钢或热处理钢可以提高齿轮的强度和耐用性。加工工艺优化精确的加工工艺可以确保齿轮的精度和质量。例如，采用精加工技术和热处理工艺可以提高齿轮的精度和耐用性。润滑系统合适的润滑系统可以降低齿轮的磨损和噪音。例如，使用高品质的润滑油和合理的润滑方式可以提高齿轮传动的效率和寿命。蜗轮蜗杆传动概述蜗轮蜗杆传动是一种常用的机械传动方式，由蜗轮和蜗杆组成。它具有传动比大、结构紧凑、承载能力强等优点，广泛应用于各种机械设备中，例如汽车变速箱、起重机、机床等。蜗轮蜗杆传动的工作原理是：蜗杆旋转带动蜗轮转动，实现动力传递。蜗杆的螺旋线与蜗轮的齿廓相啮合，通过摩擦力实现传动。蜗轮蜗杆传动参数参数描述单位蜗轮齿数蜗轮上的齿数个蜗杆齿数蜗杆上的齿数个模数齿轮尺寸的基本单位mm螺旋角蜗杆螺旋线与轴线之间的夹角度蜗杆头数蜗杆上螺旋线的数量个中心距蜗轮和蜗杆中心之间的距离mm蜗轮蜗杆传动的几何关系11.轴线关系蜗轮轴线与蜗杆轴线垂直相交，形成一个角度，称为蜗杆螺旋角。22.齿数和螺旋角蜗杆齿数和螺旋角决定了蜗轮蜗杆的传动比，传动比越大，蜗轮转速越低，蜗杆转速越高。33.齿形蜗轮齿形为渐开线，蜗杆齿形为螺旋线，两者啮合时，齿面相互接触，实现传动。44.模数和压力角模数和压力角是影响蜗轮蜗杆传动效率和承载能力的重要参数。蜗轮蜗杆传动的运动学分析蜗轮蜗杆传动是机械传动中常用的形式之一，其具有结构紧凑、传动比大等优点。1速度分析分析蜗轮蜗杆传动中蜗轮和蜗杆的速度关系。2加速度分析分析蜗轮蜗杆传动中蜗轮和蜗杆的加速度关系。3运动轨迹分析分析蜗轮蜗杆传动中蜗轮和蜗杆的运动轨迹。运动学分析是研究蜗轮蜗杆传动运动规律的基础，可以为后续的动力学分析和强度分析提供依据。蜗轮蜗杆传动的应力分析蜗轮蜗杆传动的应力分析是设计过程中至关重要的环节，它直接影响着传动系统的可靠性和使用寿命。1齿面接触应力蜗轮蜗杆啮合过程中，齿面之间存在着接触应力，这是一种重要的应力形式，需要重点关注。2弯曲应力蜗轮蜗杆齿轮的弯曲应力主要由齿根处的弯曲力产生，会影响齿轮的强度和寿命。3扭转应力蜗轮蜗杆的扭转应力主要由传递的扭矩引起，会影响轴的强度和寿命。应力分析需要结合传动参数、材料特性、工作环境等因素进行综合考虑，并采用相应的计算方法或软件进行分析。蜗轮蜗杆传动的优化设计提高效率优化齿形、齿向、齿宽、齿数、传动比等参数，以降低摩擦损失，提高效率。提高强度根据实际工况选择合适的材料、热处理工艺、润滑方式，提高蜗轮蜗杆的强度和抗疲劳性。降低噪音通过优化齿形、齿向、齿宽等参数，减少齿轮啮合时的冲击和振动，降低噪音。其他传动机构链传动链传动由链条和链轮组成，用于传递动力和运动。带传动带传动由带和带轮组成，用于传递动力和运动，主要特点是工作平稳，噪音低。摩擦传动摩擦传动利用摩擦力来传递动力，主要特点是结构简单，容易实现无级调速。液压传动液压传动利用液压油来传递动力，主要特点是传动效率高，负载能力强。齿轮传动设计实例例如，汽车变速箱中，使用多种齿轮传动组合