《齿轮传动承载计算》课件

齿轮传动承载计算课程简介1理论与实践结合介绍齿轮传动承载计算的基本理论和方法，并结合实际案例进行分析和讲解。2覆盖常见类型涵盖圆柱齿轮、斜齿轮、蜗轮蜗杆等常见的齿轮传动形式，并进行详细分析。3提高设计能力帮助学生掌握齿轮传动设计的基本流程和方法，提高工程设计能力。齿轮传动的作用与分类传动扭矩将动力传递给工作机，实现机械能的转换。改变转速通过不同齿数的齿轮，实现转速的提升或降低。改变转动方向利用齿轮的啮合方向，实现转动方向的改变。齿轮传动基本参数模数齿轮的模数（m）是指齿轮分度圆直径与齿数之比，单位为毫米（mm）。齿数齿数（z）是指齿轮上的齿数，它决定了齿轮的尺寸和转速。分度圆直径分度圆直径（d）是指齿轮分度圆的直径，单位为毫米（mm）。齿顶圆直径齿顶圆直径（da）是指齿轮齿顶圆的直径，单位为毫米（mm）。齿轮材料及其热处理齿轮材料齿轮材料通常选用**高强度钢**，如合金钢、渗碳钢、氮化钢等。材料选择需考虑强度、韧性、耐磨性、耐疲劳性等因素。热处理齿轮热处理可提高齿轮的硬度、强度和耐磨性。常用的热处理工艺包括淬火、回火、渗碳、氮化等。齿轮应力分类与计算弯曲应力由于齿轮啮合时产生的弯矩而引起的应力，主要发生在齿根处。接触应力由于齿轮啮合时齿面之间的相互作用而产生的应力，主要发生在齿面接触区。齿根弯曲应力计算确定齿根弯曲应力齿根弯曲应力是指齿根部位承受的弯曲应力，是齿轮强度计算的重要指标之一。公式σb=Kf*Wt*(Ft*b)/(π*m*cosα*YF*β)计算参数计算参数包括齿轮的几何参数、载荷、材料强度等。强度校核将计算得到的齿根弯曲应力与材料的许用应力进行比较，判断齿轮是否满足强度要求。齿面接触应力计算1赫兹接触应力考虑接触面的弹性变形，计算齿面接触应力。2接触疲劳强度评估齿面接触应力是否会引起疲劳失效。3影响因素齿轮材料、硬度、载荷、齿形、润滑条件等因素会影响接触应力。安全系数与强度校核安全系数安全系数是指齿轮传动在实际工作条件下所能承受的负荷与齿轮强度计算结果之比。强度校核强度校核是指将齿轮传动在工作条件下所产生的应力与齿轮材料的许用应力进行比较，判断齿轮是否能安全工作。齿轮传动效率计算齿轮传动效率计算公式影响因素机械效率η=功率输出/功率输入摩擦损失、齿形误差、润滑状况传动效率η=齿轮组效率*轴承效率齿轮啮合方式、轴承类型齿轮润滑及其选择润滑目的降低摩擦、磨损，延长齿轮使用寿命，提高传动效率，降低噪音与振动。润滑剂类型矿物油、合成油、半合成油，根据工况选择，例如高速、重载、高温等。润滑方式油浴润滑、喷油润滑、油雾润滑，根据齿轮传动类型和结构选择。齿轮传动噪声与振动噪声来源齿轮啮合过程中的冲击、振动和摩擦产生的噪声。振动来源齿轮啮合过程中的冲击、不平衡力和齿轮误差引起的振动。齿轮箱结构设计齿轮箱是齿轮传动系统的重要组成部分，其结构设计关系到整个传动系统的性能和可靠性。齿轮箱的设计要考虑以下因素：承载能力润滑方式密封性能散热性能噪声和振动控制单级齿轮传动设计1确定传动比根据输入输出转速比确定传动比，同时考虑传动效率、尺寸和成本等因素。2选择齿轮材料根据工作条件和承载能力选择合适的齿轮材料，并考虑其加工性能和成本。3计算齿轮参数根据传动比、齿轮模数、齿数等参数计算齿轮的尺寸、齿形等。4强度校核对齿轮进行强度校核，确保齿轮在工作条件下能够承受载荷。5润滑设计根据工作条件选择合适的润滑油，并设计润滑系统，确保齿轮的润滑。6结构设计设计齿轮箱的结构，包括齿轮轴、轴承、箱体等，确保齿轮传动系统的可靠性。双级齿轮传动设计1载荷分配双级齿轮传动中，载荷分配到两个齿轮组上。2效率分析计算双级齿轮传动的总效率。3结构优化优化齿轮轴和轴承布置。斜齿轮传动设计结构特点齿轮齿面与轴线成一定角度，可实现平稳、低噪声传动。设计要点考虑齿轮的螺旋角、模数、齿数等参数，确保良好的啮合性能和承载能力。应用场景适用于高速、大功率传动，如机床主轴、汽车变速箱等。蜗轮蜗杆传动设计1传动比选择蜗轮蜗杆传动传动比大，一般可达10-100。2蜗杆材料与热处理蜗杆材料一般采用合金钢，热处理后硬度要高于蜗轮。3蜗轮材料与热处理蜗轮材料一般采用青铜或铸铁。4强度校核蜗杆的强度校核重点是弯曲强度和接触强度。5润滑设计蜗轮蜗杆传动润滑非常重要，一般采用油浴润滑或循环润滑。圆柱齿轮轴承选择圆柱滚子轴承适用于承受径向负荷和一定轴向负荷。适用于高负荷、高速、低噪音的应用场景。深沟球轴承适用于承受径向负荷和一定轴向负荷。适用于高速、低噪音、维护量少的应用场景。调心球轴承适用于承受径向负荷和一定轴向负荷，同时可以补偿轴的轻微倾斜。适用于承受冲击负荷和震动的应用场景。圆锥齿轮轴承选择1载荷类型圆锥滚子轴承适用于承受径向载荷和轴向载荷，特别适合于承受冲击载荷和振动载荷。2安装方式圆锥滚子轴承可采用多种安装方式，包括内圈固定、外圈固定和双向固定。3精度等级根据不同的精度等级，圆锥滚子轴承可以满足不同的精度要求，例如高精度要求的齿轮传动系统。齿轮轴的强度计算弯曲强度考虑轴的弯曲应力，确保轴不会因为弯曲而断裂。扭转强度考虑轴的扭转应力，确保轴不会因为扭转而断裂。齿轮轴承的强度计算1轴承寿命轴承的寿命是指其在工作条件下能够正常工作的时间。2载荷类型轴承所承受的载荷类型会影响其寿命。3轴承尺寸轴承的尺寸越大，其寿命越长。4润滑条件良好的润滑条件可以延长轴承的寿命。齿轮传动温升计算1热量来源摩擦热2热量散失对流、辐射3温升计算热量平衡齿轮传动冷却设计风冷利用风机将空气吹过齿轮箱，带走热量，适用于低温升场合。水冷利用循环水将热量带走，适用于高温升场合。油冷利用冷却油将热量带走，适用于高功率、高速场合。齿轮传动润滑设计润滑油选择根据齿轮传动的工况、负荷、速度和工作温度，选择合适的润滑油。例如，高速、重载齿轮传动需要使用高粘度、抗磨性能好的润滑油。润滑方式齿轮传动润滑方式主要有油浴润滑、喷油润滑、油雾润滑和循环润滑等，选择合适的润滑方式取决于齿轮传动的结构、尺寸和工作环境。润滑系统设计润滑系统应保证润滑油能够有效地输送到齿轮啮合区，并保持合适的润滑油量和温度，从而确保齿轮传动正常工作。齿轮制造工艺齿轮坯料加工包括毛坯的制备、热处理、车削、铣削等。齿形加工采用滚齿、插齿、磨齿等方法精加工齿形。表面处理可采用喷砂、抛光、镀层等方法改善齿轮表面性能。齿轮检验与测量齿形检验使用齿轮测量仪或投影仪测量齿形参数，如齿高、齿厚、齿顶圆直径等。齿向检验检查齿轮的齿向偏差，确保齿轮啮合时齿向一致。齿面粗糙度检验使用轮廓仪或表面粗糙度仪测量齿面粗糙度，确保齿面光洁度符合要求。齿轮精度检验使用齿轮检测仪或齿轮测试台检测齿轮的综合精度，确保齿轮的精度满足要求。齿轮传动设计实例（一）介绍一个实际应用的齿轮传动设计实例，例如：汽车变速箱中的齿轮组。分析实例中齿轮参数的选择、计算过程以及设计要点，并展示设计结果。齿轮传动设计实例（二）本实例设计一个减速器，其输入轴转速为1440转/分，输出轴转速为144转/分，传递功率为10kW，齿轮材料为45钢，热处理后硬度为HRC45~50。要求确定齿轮传动方案，并进行强度校核。首先，根据传动比确定齿轮组数，这里采用两级减速，即第一级传动比为10，第二级传动比为1。然后，根据功率和转速计算出各级齿轮的扭矩，再根据扭矩和齿轮材料的强度确定齿轮的尺寸。最后，进行强度校核，确保齿轮在工作状态下不会发生断裂或过度磨损。齿轮传动设计实例（三）