清华大学机械原理课件——齿轮传动机构

清华大学机械原理课件齿——轮传动机构课程介绍课程目标课程内容课程特色123掌握齿轮传动机构的基本理论和设计涵盖齿轮传动机构的基本概念、分以理论联系实际为原则，结合丰富的方法，并能独立设计简单的齿轮传动类、工作原理、设计计算、应用实案例和工程应用，培养学生解决实际系统例、维护保养等方面内容问题的能力齿轮传动机构的作用和特点传递运动和动力效率高传动精度高齿轮传动机构可以实现运动和动力的精确传相比其他传动方式，齿轮传动机构的效率相齿轮的齿形设计可以确保传动过程中的精递，例如改变转速、扭矩和方向对较高，可以有效减少能量损失度，使运动和动力传递更加稳定齿轮基本概念齿轮齿数齿轮是一种具有齿形的机械零齿轮上齿形的数量，决定了齿轮件，用于传递旋转运动和扭矩的传动比和转速模数齿形齿轮尺寸的基本参数，用于确定齿轮的齿廓形状，常见的有渐开齿轮的齿高、齿厚和齿距线齿形和圆弧齿形齿轮分类按齿轮形状分类按齿轮轮齿形状分类按齿轮应用场景分类齿轮可分为圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆齿轮可分为直齿轮、斜齿轮、人字齿轮齿轮可分为传动齿轮、分配齿轮、同步齿等等轮等虎齿轮的基本参数参数描述模数齿轮大小的基本单位，决定齿轮的尺寸和强度齿数齿轮上的齿的个数，决定齿轮的转速和传动比齿顶高齿顶到分度圆的距离，影响齿轮的强度和啮合性能齿根高分度圆到齿根的距离，影响齿轮的强度和啮合性能齿厚两个相邻齿之间的距离，影响齿轮的强度和啮合性能齿顶圆直径齿顶圆的直径，影响齿轮的尺寸和强度分度圆直径齿轮分度圆的直径，影响齿轮的尺寸和传动比齿根圆直径齿根圆的直径，影响齿轮的尺寸和强度齿轮啮合原理齿廓线齿轮啮合过程中，齿廓线互相接触，形成瞬时接触点啮合角齿轮啮合角是指齿廓线上瞬时接触点处的法线与齿轮中心连线的夹角啮合线齿轮啮合过程中，瞬时接触点轨迹称为啮合线啮合点齿轮啮合过程中，齿廓线上任意两点之间的距离称为啮合点齿轮啮合特性啮合线接触点啮合力齿轮啮合过程中，两齿轮齿廓上的接触点连齿轮啮合时，齿廓上的接触点是瞬时接触齿轮啮合过程中，齿廓间存在摩擦力和法向线形成啮合线点，不断移动力，形成啮合力圆柱齿轮传动系统圆柱齿轮传动系统是最常见的齿轮传动形式之一，广泛应用于各种机械设备中这种传动系统结构简单、制造方便、传动效率高、承载能力强，适用于各种速度和功率的传动场合圆柱齿轮传动系统具有以下特点•传动效率高，一般可达以上95%•承载能力强，能承受较大的载荷•结构简单，制造方便，成本低•应用范围广，适用于各种速度和功率的传动场合斜齿轮传动系统斜齿轮传动系统是指齿轮齿面与轮轴线成一定角度的传动系统斜齿轮传动系统具有以下优点:•传动平稳，噪声低•承载能力强•传动效率高斜齿轮传动系统常用于高速、重载的机械设备，例如汽车变速箱、机床主轴等锥齿轮传动系统轴线相交锥齿轮广泛应用锥齿轮的轴线相交，用于传递功率或改变运锥齿轮的齿面为锥面，齿轮的形状类似于圆在汽车、机械、航空等领域广泛应用，例如动方向锥体的一部分汽车的差速器蜗杆传动系统蜗杆传动系统由蜗杆和蜗轮组成，蜗杆为螺旋形的螺杆，蜗轮为与蜗杆啮合的齿轮蜗杆传动可实现较大的传动比，且传动平稳、噪音低，适用于低速、重载场合蜗杆传动系统的优点在于传动比大、传动平稳、噪音低、结构紧凑、承载能力强，适合低速、重载场合缺点是效率低、易磨损，且润滑要求较高行星齿轮传动系统行星齿轮传动系统是一种重要的传动形式，广泛应用于汽车变速箱、航空发动机等领域它具有结构紧凑、传动比大、效率高等优点行星齿轮传动系统主要由太阳轮、行星轮、齿圈和行星架组成太阳轮固定在中心位置，行星轮围绕太阳轮旋转，齿圈固定在外环，行星架固定在行星轮上，并与输出轴相连当太阳轮旋转时，行星轮沿着齿圈滚动，行星架就会带动输出轴旋转行星齿轮传动的传动比取决于太阳轮、行星轮和齿圈的齿数比齿轮传动效率分析90%5%机械效率摩擦损失齿轮传动机构效率一般在左右，齿轮啮合、轴承摩擦和润滑油摩擦是90%主要受摩擦损耗影响主要损失源5%其他损失齿轮的振动和冲击，材料的弹性变形也会导致能量损失齿轮磨损和失效分析齿面磨损齿轮断裂12齿轮传动过程中，齿面相互摩齿轮受力过大或材料强度不擦，导致磨损磨损主要分为足，可能导致齿轮断裂断裂粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨通常发生在齿根或齿尖部位损齿轮塑性变形齿轮疲劳失效34齿轮长期承受过载或冲击载齿轮在交变载荷作用下，可能荷，可能导致齿轮塑性变形，发生疲劳裂纹，最终导致齿轮影响齿轮的正常工作失效齿轮传动噪声分析齿轮啮合齿轮精度齿轮啮合过程中的冲击和振动是齿轮加工精度低会增加啮合误主要噪声源差，导致噪声增加润滑条件安装精度润滑不良会加剧齿面磨损，提高安装精度低会导致齿轮间相对位噪声水平置偏差，产生噪声齿轮传动系统设计原则强度磨损噪声效率齿轮设计需要考虑强度和刚齿轮传动系统需要确保齿轮表齿轮传动系统在运行时会产生齿轮传动系统的效率取决于齿度，以防止齿轮在负载下发生面的磨损率在可接受范围内，噪声，需要设计合理的齿形和轮的啮合状态、润滑条件等因断裂或弯曲失效以延长传动系统的使用寿命传动参数，以降低噪声素，设计需要优化效率典型齿轮传动系统设计实例汽车变速箱工业机器人风力发电机齿轮传动系统在汽车变速箱中广泛应用，通齿轮传动系统在工业机器人中用于关节运齿轮传动系统在风力发电机中用于减速增过不同齿轮组合实现不同挡位，适应不同的动，实现高精度、高效率的运动控制扭，将风能转化为机械能行驶速度和负载需求单级减速装置设计确定减速比1根据负载和电机转速的要求确定合适的减速比选择齿轮类型2根据负载特点和传动要求选择合适的齿轮类型，如圆柱齿轮、斜齿轮等齿轮参数计算3计算齿轮的模数、齿数、齿宽等参数，确保齿轮啮合正常结构设计4设计齿轮轴、轴承、机箱等部件，确保减速装置的强度和刚度强度校核5对齿轮和轴进行强度校核，确保其能够承受负载润滑设计6设计润滑系统，确保齿轮的正常润滑，延长其使用寿命加工制造7根据设计图纸加工制造齿轮和减速装置的其他部件装配调试8将减速装置的各个部件装配在一起，并进行调试，确保其正常工作多级减速装置设计需求分析1确定减速比、输入扭矩、输出速度等参数方案选择2选择合适的齿轮类型、级数、传动比等结构设计3设计齿轮轴、轴承、箱体等结构强度校核4验证齿轮、轴承、箱体的强度差速器设计结构设计1考虑齿轮类型、尺寸和材料强度分析2确保齿轮和轴的强度足够润滑设计3保证润滑油的充足供应和润滑效果差速器设计需要综合考虑结构设计、强度分析和润滑设计等因素结构设计要根据车辆的动力和传动要求选择合适的齿轮类型、尺寸和材料强度分析要确保齿轮和轴的强度足够，以避免在使用过程中发生断裂或磨损润滑设计要保证润滑油的充足供应和润滑效果，以降低摩擦和延长使用寿命变速箱设计齿轮选择1根据传动比和载荷选择合适的齿轮类型和参数结构设计2确定变速箱的结构形式，包括壳体、轴系、换挡机构等强度校核3对齿轮、轴、轴承等关键部件进行强度校核，确保安全可靠润滑设计4设计合理的润滑系统，确保变速箱内部的润滑和冷却离合器设计摩擦片1提供摩擦力压盘2压紧摩擦片分离轴承3分离压盘弹簧4提供压力飞轮5传递动力制动器设计选择合适的制动器类型1根据应用场景和需求选择合适的制动器类型，如鼓式制动器、盘式制动器、电磁制动器等确定制动器参数2根据载荷、速度、环境等因素确定制动器尺寸、材料、摩擦系数等参数进行结构设计3设计制动器的结构，包括制动盘鼓、制动蹄片片、活塞、油管//等部件进行强度和刚度分析4确保制动器在工作条件下能够承受载荷，并保证足够的刚度和稳定性进行热分析5评估制动器在工作时的热量产生和散热情况，确保制动器温度不会过高进行性能测试6对制动器进行性能测试，验证其制动性能、耐久性等指标是否符合设计要求齿轮传动装置维护和故障诊断定期检查齿轮，检查是否有磨损、裂确保齿轮箱中有足够的润滑油，并定纹或其他损伤期更换润滑油使用声学仪器监测齿轮的运行声音，以便及时发现异常数字化设计和仿真分析虚拟模型仿真分析优化设计使用软件创建齿轮传动系统的三维利用仿真软件进行虚拟测试，例如有限元通过仿真分析结果优化齿轮的设计参数，CAD模型，模拟齿轮啮合、运动和力学性能分析，模拟齿轮的应力分布、强度和疲劳提高传动效率，降低噪声和磨损寿命新材料在齿轮传动中的应用耐磨材料高强度材料陶瓷、金属陶瓷、复合材料等耐高强度钢、钛合金等材料可提高磨材料可提高齿轮的抗磨损性齿轮的承载能力，减小齿轮尺能，延长使用寿命寸，提高传动效率轻质材料碳纤维增强复合材料等轻质材料可降低齿轮重量，提高传动效率，减少能耗发展趋势和前沿技术智能化轻量化齿轮传动系统将更加智能化，例轻量化材料和结构设计，降低齿如利用传感器监测运行状态，通轮传动系统的重量，提高效率和过人工智能算法进行故障诊断和节能性预测性维护高精度更高精度的加工制造技术，提升齿轮传动的精度和可靠性，满足精密机械和自动化领域的需求课程总结与考核回顾课程内容，掌握齿轮传动机构的完成课堂练习，巩固知识点，并能独基本原理和应用立进行简单齿轮传动设计进行课程考试，全面评估学习效果，检验学习成果。