《齿轮机构及设计》课件

齿轮机构及设计齿轮机构是机械传动系统中的核心组件，应用广泛，例如汽车、飞机和工业设备。齿轮机构的设计涉及多个关键因素，包括齿轮类型、齿数、模数、齿形等，需要综合考虑传动效率、承载能力和噪音控制。齿轮机构的定义和分类定义齿轮机构是一种利用齿轮相互啮合来传递运动和动力的机械传动装置。分类齿轮机构可分为按齿轮形状分类、按齿轮排列方式分类、按传动比分类等。应用广泛应用于工业、农业、交通、航空航天等领域，是现代机械传动系统中不可或缺的部件。齿轮的基本参数和尺寸参数尺寸单位齿数z个模数mmm齿顶高系数ha无量纲齿根高系数hf无量纲齿顶圆直径damm齿根圆直径dfmm齿轮的材料和热处理材料选择齿轮材料的选择取决于其工作条件和要求。常见的齿轮材料包括钢、铸铁、青铜和塑料。钢是最常用的齿轮材料，因为它具有高强度、硬度和耐磨性。铸铁价格低廉，易于加工，适用于低速、低负荷的齿轮。青铜具有良好的耐磨性，适合制造承受冲击载荷的齿轮。塑料轻便耐腐蚀，但强度有限，主要用于低负荷的齿轮。热处理热处理是指通过控制加热和冷却过程来改变材料的显微结构，从而提高其机械性能。常见的热处理工艺包括淬火、回火、表面处理等。淬火可以提高材料的硬度和强度，回火可以改善材料的韧性和耐冲击性。表面处理可以提高材料的表面硬度和耐磨性。齿轮强度计算载荷分析分析齿轮传递的载荷，包括扭矩、径向载荷和轴向载荷，确定齿轮承受的实际载荷。材料特性齿轮材料的强度等级、弹性模量和泊松比是强度计算的重要参数。齿形影响齿形参数，如齿高、齿宽和齿顶圆直径，会影响齿轮的强度，需要在计算中考虑。工作条件齿轮的运行速度、温度、润滑条件以及工作环境会影响齿轮的强度。计算方法常用的齿轮强度计算方法包括接触强度计算和弯曲强度计算，需根据实际情况选择合适的方法。接触应力计算齿轮接触应力是齿轮在啮合过程中，齿面之间产生的压力。接触应力的大小直接影响齿轮的强度和使用寿命。1赫兹接触应力公式计算接触应力的基础公式2齿轮材料参数包括弹性模量、泊松比等3齿轮几何参数包括齿宽、齿高、齿形角等4载荷条件包括径向载荷、轴向载荷等接触应力计算需要考虑齿轮材料参数、齿轮几何参数和载荷条件。计算结果可以用来判断齿轮的强度是否满足要求，并指导齿轮的设计和制造。弯曲应力计算1齿根处弯曲应力齿根处承受的最大弯曲应力2计算公式根据齿轮的几何参数和材料属性3影响因素齿轮的尺寸、形状、材料、载荷4安全系数确保齿轮在工作条件下安全齿轮强度校核1计算结果分析首先，要根据计算得到的齿轮强度参数，分析其是否满足设计要求。2强度裕度计算强度裕度，以评估齿轮的安全性。强度裕度是指齿轮的实际强度与设计要求强度之间的差值。3强度校核结论根据分析结果，确定齿轮是否满足强度要求，并根据需要进行相应的改进设计。齿轮传动的噪声与振动噪声来源齿轮啮合时的冲击和摩擦是主要噪声来源，齿轮精度、加工质量、润滑状况等因素都会影响噪声水平。振动来源齿轮传动过程中产生的冲击和振动，会引起齿轮和轴承的振动，影响传动精度和使用寿命。影响因素齿轮的精度、材料、热处理、安装精度、润滑油质量等因素都会影响噪声和振动。降低措施采用低噪声齿轮、优化齿形、提高加工精度、合理润滑，可以有效降低噪声和振动。正齿轮的设计与制造精密加工正齿轮加工需要高精度的车床进行精密切割和磨削，以确保齿轮的精度和耐用性。模具设计设计和制造用于齿轮加工的模具是关键步骤，它决定了齿轮的形状和尺寸精度。组装与测试加工完成的齿轮需要进行严格的组装和测试，确保齿轮的啮合性能和传动效率。斜齿轮的设计与制造斜齿轮具有更高的承载能力和更低的噪音水平，广泛应用于各种机械传动系统。设计方面，需要考虑齿轮的模数、压力角、螺旋角等参数，并进行强度校核和接触应力分析。制造方面，主要采用滚齿、插齿等方法加工，并进行精加工和热处理，以确保齿轮的精度和性能。锥齿轮的设计与制造锥齿轮是一种用于传递旋转运动和扭矩的齿轮，其齿面为圆锥形。锥齿轮用于各种应用，包括汽车、航空航天、工业设备等。锥齿轮的设计需要考虑齿轮的形状、尺寸、材料、热处理和加工工艺等因素。锥齿轮的制造工艺通常采用滚齿、铣齿或磨齿等方法。锥齿轮的设计与制造是一项复杂的技术，需要专业的知识和技能。蜗杆传动的设计与制造蜗杆传动是一种常见的机械传动形式，具有传动比大、结构紧凑、承载能力强等优点。在设计蜗杆传动时，需要考虑蜗杆和蜗轮的材料、尺寸、形状等因素。蜗杆传动的制造工艺主要包括蜗杆和蜗轮的加工、热处理和装配等步骤。蜗杆和蜗轮的加工精度对传动性能影响很大，需要采用精密的加工方法和设备。内啮合齿轮的设计与制造结构特点内啮合齿轮传动具有传动比大、结构紧凑、承载能力强等特点，常用于大型机械设备。制造工艺内啮合齿轮的制造工艺相对复杂，需采用精密加工技术，保证齿轮的精度和强度。应用场景内啮合齿轮广泛应用于汽车变速箱、工业减速机、风力发电等领域。行星齿轮的设计与制造行星齿轮机构结构紧凑、传动比大、功率容量大，广泛应用于汽车变速箱、航空发动机等领域。行星齿轮设计与制造涉及齿轮参数计算、强度校核、加工工艺选择等，需要专业知识和经验。叶片轮的设计与制造叶片轮设计叶片轮设计需要考虑流体动力学原理，并根据工作条件进行优化，以提高泵效率和性能。制造工艺叶片轮的制造通常采用精密加工技术，包括车削、铣削、磨削等，以确保叶片形状的精度和表面光洁度。安装与调试叶片轮安装需确保与轴的同心度和间隙，并进行严格的调试，以保证泵的正常运行。摩擦轮的设计与制造摩擦轮是一种通过摩擦力进行传动的机械部件。它通常用于低速、高扭矩的场合。摩擦轮的设计需要考虑材料、尺寸、压力、摩擦系数等因素。摩擦轮的制造过程包括材料选择、加工、表面处理、装配等步骤。摩擦轮的设计和制造需要根据具体的应用场景进行调整。例如，用于重型机械的摩擦轮需要使用强度高、耐磨的材料。在进行设计时，需要使用专业的软件进行仿真分析，以确保摩擦轮的可靠性和安全性能。齿轮箱的设计11.功能需求确定齿轮箱的功能、功率、转速、传动比、工作环境等。22.结构设计选择合适的齿轮类型、箱体结构、轴承类型、密封方式等。33.润滑设计根据工作环境选择润滑油类型、油量、油温等。44.强度校核对齿轮、轴、轴承等进行强度校核，确保安全可靠。齿轮润滑和冷却1润滑润滑剂可以减少摩擦、降低磨损和温度。2冷却冷却系统可以降低齿轮工作温度，延长使用寿命。3润滑方式齿轮润滑方式包括油浴、油雾、油气混合等。4冷却方式齿轮冷却方式包括风冷、水冷、油冷等。齿轮加工工艺1切削加工齿轮加工中最常见的工艺，包括铣削、插齿、滚齿、磨齿等。采用不同的切削方法和刀具，可以实现不同精度和形状的齿轮加工。2成形加工利用模具对齿轮进行塑性变形或冷镦加工，适用于小批量或特殊形状齿轮的生产。3精密加工针对高精度要求的齿轮，需要进行磨齿、珩磨等精密加工工艺，以提高齿轮的精度和表面质量。齿轮检验与测量齿轮检验的重要性齿轮检验是齿轮生产过程中的重要环节。它确保齿轮的质量符合设计要求，并能正常运行。齿轮检验的方法很多，包括几何尺寸检验、表面质量检验、材料性能检验等。齿轮检验的方法几何尺寸检验表面质量检验材料性能检验动态性能检验齿轮测量仪器齿轮测量仪器用于测量齿轮的尺寸和形状。常用的测量仪器包括齿轮测径仪、齿轮测高仪、齿轮测厚仪等。一些先进的仪器可以实现齿轮的自动测量和分析。齿轮的失效分析断裂疲劳断裂或脆性断裂，常发生在齿根或齿面。磨损齿面磨损，导致齿轮间隙增加，传动效率下降。点蚀齿面发生点蚀，导致表面粗糙，传动精度降低。过热润滑不良或负荷过大，导致齿轮过热，造成润滑油分解。齿轮国内外发展现状齿轮技术已发展百年，应用广泛。近年来，随着工业自动化和智能制造的不断发展，齿轮技术也取得了长足进步。100+国家拥有齿轮制造和研发能力1000+企业参与齿轮市场竞争100高校专注齿轮领域研究齿轮传动的未来趋势高精度齿轮未来齿轮传动将追求更高的精度，以提高传动效率和降低噪音。轻量化设计应用轻质材料和优化设计，减轻齿轮传动系统的重量，提高燃油效率。智能化控制结合传感器和控制系统，实现齿轮传动的智能化控制，提高可靠性和安全性。环保材料使用可再生材料和环保工艺，减少齿轮传动对环境的影响。齿轮设计相关标准11.国家标准GB/T10088-1988、GB/T10089-1988、GB/T10090-1988等制定了齿轮设计、制造、检验的规范，确保齿轮的质量和可靠性。22.国际标准ISO6336-1:2006、ISO6336-2:2006、ISO6336-3:2006等提供齿轮强度计算、齿轮传动设计等方面的国际标准，促进齿轮产品的国际化。33.行业标准各行业根据自身需求制定了专门的齿轮设计标准，如航空航天、船舶制造等领域。44.企业标准部分企业根据自身经验和实际情况制定了企业标准，以提升产品竞争力，满足特定应用需求。齿轮设计软件齿轮设计软件齿轮设计软件是设计和分析齿轮传动系统的强大工具，可以提高效率和准确性。3D建模软件提供建模功能，允许创建齿轮模型，并进行参数化设计和修改。分析和仿真进行齿轮传动性能分析，如应力、振动、噪声、效率、寿命等。制造工艺提供齿轮制造工艺的模拟和优化，例如齿轮切削、磨削、热处理等。齿轮设计案例分析案例一：汽车变速箱分析变速箱齿轮的设计需求，例如传动比、扭矩、速度等，以及齿轮材料、热处理工艺等。重点关注齿轮强度计算、接触应力、弯曲应力等，进行优化设计。案例二：风力发电机分析风力发电机齿轮的设计要求，例如高负荷、低噪音、长寿命等。重点关注齿轮尺寸、材料、热处理工艺、润滑系统等方面