《齿轮基本知识讲座》课件

《齿轮基本知识讲座》本讲座将深入介绍齿轮的基本知识，包括齿轮的类型、结构、工作原理以及应用领域。什么是齿轮?机械传动齿轮是一种重要的机械传动元件，用于改变运动方向和速度。齿轮啮合齿轮通过齿与齿的啮合来传递动力，实现运动的转换和传动。运动传递齿轮的形状、大小和排列决定了传动比和运动方向，从而实现不同的传动效果。齿轮的分类按齿形分类齿轮按齿形可分为直齿轮、斜齿轮、螺旋齿轮等。它们在传动特点、制造工艺、应用场景等方面存在差异。按齿轮轴线位置分类齿轮可分为外齿轮、内齿轮和蜗轮。它们在传动方向、应用场景以及传动比等方面存在差异。按齿轮的啮合方式分类齿轮可分为正齿轮、斜齿轮、人字齿轮、内齿轮、蜗轮等，它们在齿形、啮合方向以及传动效率等方面存在差异。直齿轮直齿轮是最常见的齿轮类型，齿廓为直线，与齿轮轴平行。直齿轮结构简单，加工容易，价格便宜，适用于低速、重载荷的传动场合。但直齿轮在高速运行时，噪声较大，传动效率较低，因此在高速传动中应用较少。斜齿轮斜齿轮是齿面与轮轴线成一定角度的齿轮，齿形为斜线，且与齿轮轴线成一定角度。斜齿轮的主要特点是传动平稳、噪音低、承载能力强，广泛应用于各种机械传动系统中。螺旋齿轮接触面积大螺旋齿轮的齿面为螺旋线，接触面积较大，可以承受更大的载荷。传动平稳螺旋齿轮的啮合过程是渐进的，传动平稳，噪音低。效率高由于接触面积大，滑动摩擦小，传动效率较高。内齿轮内齿轮，齿形在轮毂内侧，与外齿轮啮合传动。内齿轮可用于空间受限的场合，例如减速器、转向机等。内齿轮的加工难度较高，成本也更高。斜面齿轮斜面齿轮，又称为锥齿轮，用于不同轴线之间传递动力。齿轮的齿面呈圆锥形，齿顶线与齿轮轴线平行，齿廓线为曲线。斜面齿轮用于各种机械传动系统中，例如汽车变速箱、机床主轴传动等。斜面齿轮具有较高的传动效率，可以实现较大传动比，并能有效降低噪音。摩擦传动摩擦传动定义摩擦传动是指通过两个表面之间的摩擦力来传递运动和能量的传动方式。摩擦传动主要用于低速、轻载荷的传动场合。摩擦传动类型常见的摩擦传动类型包括皮带传动、链传动和摩擦轮传动。皮带传动利用皮带与皮带轮之间的摩擦力传递动力。摩擦传动优点摩擦传动具有结构简单、成本低廉、噪音低、易于安装和维护等优点。此外，摩擦传动还具有缓冲、减震和过载保护的功能。摩擦传动缺点摩擦传动存在效率低、传动精度不高、容易打滑等缺点。此外，摩擦传动对环境温度和湿度较为敏感。齿轮的结构组成齿面齿轮外缘的齿廓，它与另一个齿轮的齿面啮合，传递动力。齿根齿面之间的凹陷，提供齿轮的强度和耐用性。齿轮中心齿轮的中心孔，用于安装和固定齿轮。轮毂连接齿轮与轴的圆柱形部分。齿轮的选择因素11.传动比传动比决定齿轮的输出速度和扭矩。22.载荷齿轮承受的负载类型和大小影响齿轮的尺寸和材料选择。33.速度齿轮转速影响齿轮的磨损、噪音和热量产生。44.空间限制齿轮的尺寸和形状受限于机器的安装空间。齿轮公式1齿数齿轮上齿的总数2模数齿轮齿高的基本单位，影响齿轮尺寸3压力角齿轮啮合时齿面间的角度，影响传动效率4中心距两个齿轮中心之间的距离接触应力计算接触应力是齿轮在啮合时，齿面之间产生的压应力。计算接触应力需要考虑齿轮的材料特性、齿形参数以及工作条件等因素。接触应力的大小会影响齿轮的寿命和可靠性。当接触应力超过材料的屈服极限时，齿轮就会发生疲劳失效。弯曲应力计算弯曲应力是齿轮在承受负荷时，齿根部位发生的应力。它是齿轮强度设计的重要指标之一。计算公式σb=(Ft*m*Kf)/(b*Y)公式中符号Ft-齿轮的周向力m-齿轮的模数Kf-弯曲应力系数b-齿轮的齿宽Y-齿形系数弯曲应力的计算需要考虑齿轮的材料、齿形、齿宽、负荷等因素。传动效率计算传动效率是指输入功率与输出功率之比，反映了齿轮传动能量损失程度。效率计算需要考虑摩擦损失、齿轮本身的材料特性以及润滑情况等因素。影响因素对效率的影响摩擦损失摩擦损失越大，效率越低齿轮材料材料强度高，效率较高润滑条件润滑良好，效率较高润滑问题润滑油的选择齿轮润滑油的选择对于齿轮的性能和寿命至关重要。合适的润滑油可以减少摩擦，降低磨损，延长齿轮的使用寿命。润滑油的添加润滑油的添加量和频率应根据齿轮的类型、工作条件和使用环境进行选择。润滑油的添加量不足会导致润滑不足，而添加量过多会导致油封失效。润滑油的温度控制润滑油的温度过高会导致润滑油的粘度下降，降低润滑效果，甚至导致齿轮过热。温度过低会导致润滑油的粘度增加，增加摩擦阻力。齿轮噪音控制噪音来源齿轮噪音主要由齿轮啮合时的冲击、振动和摩擦产生，以及齿轮本身的材料和加工精度等因素影响。控制方法降低噪音可以采取多种措施，包括优化齿轮设计、提高加工精度、采用低噪音材料、润滑油选择等。常见措施例如，可以使用螺旋齿轮代替直齿轮、采用齿面修形、控制齿轮的啮合速度和负荷。其他方案还可以通过增加齿轮的模数、改善齿轮的表面质量、进行齿轮的动态平衡等方法来降低噪音。齿轮加工工艺1毛坯加工铸造、锻造或切削加工获得齿轮毛坯。2粗加工去除毛坯余量，形成初步的齿形。3精加工提高齿轮精度，使齿轮符合设计要求。4表面处理改善齿轮表面性能，提高齿轮使用寿命。齿轮成型加工铣齿铣齿是常用的齿轮加工方法，它通过刀具的旋转运动切削齿形。插齿插齿采用插齿机加工齿轮，其特点是效率高、精度高，常用于加工精密的齿轮。滚齿滚齿采用滚齿机加工齿轮，它能加工出高精度、高效率的齿轮，适用于大量生产。磨齿磨齿是齿轮加工的最终工序，可获得高精度、高表面质量的齿轮。齿轮热处理工艺1淬火提高齿轮硬度，耐磨性2回火降低硬度，提高韧性3表面处理增加表面硬度和耐磨性齿轮热处理工艺是指通过加热和冷却的方式改变齿轮的内部组织结构，进而改善齿轮的机械性能。常见的热处理工艺包括淬火、回火、表面处理等。齿轮检验与检测11.尺寸检验确保齿轮尺寸符合设计要求，包括齿宽、齿高、齿距等。22.形状检验检查齿轮轮廓和齿形是否符合标准，确保齿轮啮合良好。33.表面质量检验评估齿轮表面粗糙度、硬度和耐磨性，保证其强度和寿命。44.性能检验测试齿轮的传动效率、噪音水平和振动程度，确保其正常运行。齿轮失效分析齿面磨损齿面磨损是常见的失效模式，通常由于润滑不足、负载过大或材料硬度不足引起。齿根断裂齿根断裂通常发生在齿根部位，主要原因是弯曲应力过大或材料强度不足。疲劳剥落疲劳剥落通常发生在齿面，由于反复的循环载荷导致材料疲劳破坏而发生。塑性变形塑性变形是指齿轮在载荷作用下发生永久性变形，通常由过载或材料硬度不足导致。齿轮维护与保养定期清洁定期清洁齿轮表面，去除灰尘和油污，保持齿轮的清洁度。润滑保养选择合适的润滑油，定期添加润滑油，保证齿轮的润滑状态。定期检查定期检查齿轮的磨损情况，及时更换磨损严重的齿轮。专业维修对于严重的齿轮损坏，应及时寻求专业维修人员进行维修。齿轮设计实例齿轮设计实例可以帮助理解理论知识，并学习实际应用。例如，设计一个用于汽车变速箱的齿轮组。齿轮组包含多个齿轮，它们相互啮合传递动力，实现不同档位的切换。设计时需要考虑齿轮的尺寸、材料、热处理工艺，以及传动效率、噪音等因素。设计流程示例1需求分析首先要明确齿轮应用场景、传动需求、工作条件等，例如传动比、扭矩、速度、工作环境等。2参数计算根据需求分析结果，进行齿轮参数的计算，包括齿数、模数、齿形、材料等。3强度校核进行强度校核，确保齿轮能够承受工作负载，避免出现断齿、疲劳失效等问题。4加工制造根据设计参数，选择合适的加工工艺进行齿轮制造，确保齿轮的精度和表面质量。5性能测试对制造完成的齿轮进行性能测试，验证其性能是否满足设计要求，并对存在问题进行调整。材料与热处理选择材料选择齿轮材料的选择取决于工作条件和性能要求。常用的齿轮材料有碳钢、合金钢、铸铁、青铜等。选择时需考虑材料的强度、硬度、耐磨性、抗疲劳性、可加工性等因素。碳钢合金钢铸铁青铜热处理工艺齿轮热处理工艺可以改善材料的机械性能，提高齿轮的强度、硬度、耐磨性等。常用的热处理工艺包括淬火、回火、表面处理等。淬火回火表面处理接触应力与弯曲应力验算接触应力(MPa)弯曲应力(MPa)接触应力和弯曲应力是齿轮设计中最重要的参数之一。接触应力反映了齿轮啮合时齿面承受的压力，弯曲应力则反映了齿根承受的弯曲力。通过计算接触应力和弯曲应力，可以判断齿轮是否能够承受预期负荷。传动效率与噪音分析传动效率是齿轮传动中重要的指标，影响机器的功率消耗和工作效率。噪音是齿轮传动过程中的常见问题，会影响工作环境和机器使用寿命。95%效率理想情况下，齿轮传动效率可达95%，但实际应用中会受到摩擦、润滑等因素影响。70-80dB噪音齿轮传动噪音通常在70-80分贝，可以通