《齿轮传动设计》课件

齿轮传动设计本课程将深入探讨齿轮传动的设计原理，并结合实际应用案例，帮助你掌握齿轮传动的设计方法课程导言课程目标课程内容12本课程旨在帮助学生掌握齿轮涵盖齿轮传动设计的基本原理传动设计的理论知识和实践技、设计方法和实际应用能课程目标3培养学生独立设计和分析齿轮传动系统的能力绪论齿轮传动在机械工程中扮演着重要角色，广泛应用于各种机械设备，如汽车、航空、船舶、机床等齿轮的基本概念齿轮定义齿轮作用齿轮特点齿轮是机器传动中应用最广泛的一种齿轮可以改变转速、扭矩，实现运动结构紧凑、传动效率高、承载能力强机械零件，它通过齿与齿的啮合传递方向的改变，并能实现运动的同步传，能实现精确的传动比运动和动力递齿轮分类直齿轮斜齿轮齿形沿轴向平行，适用于低速、低负齿形沿轴向倾斜，适用于高速、高负荷应用，具有结构简单、加工方便的荷应用，具有传动平稳、噪声低的优优点点蜗轮蜗杆蜗杆为螺旋形，蜗轮为圆柱形，适用于大传动比和低速应用，具有传动效率高、结构紧凑的优点齿轮形状齿轮形状是指齿轮轮齿的几何形状，它决定了齿轮传动的性能和效率常见的齿轮形状包括•渐开线齿轮最常用的齿轮形状，具有良好的传动性能和制造精度，应用广泛•圆弧齿轮适用于低速、重载、冲击载荷等场合，具有较高的承载能力•环形齿轮主要用于传动轴线平行或相交的场合，可以实现不同轴线之间的传动•内齿轮齿轮的齿形在轮的内侧，常用于齿轮泵、行星齿轮传动等螺旋角和螺旋传动螺旋角螺旋传动螺旋角是螺旋齿轮齿面与轴线之间的夹角，它决定了齿轮的传动螺旋传动是一种常用的齿轮传动方式，其特点是传动平稳、噪声方向和传动效率低、承载能力强齿轮材料材料强度耐磨性韧性成本齿轮材料的强度是决定其承齿轮在工作过程中会产生摩齿轮在承受冲击载荷时需要材料的选择需要考虑成本因载能力的关键因素擦，因此需要选择具有良好一定的韧性，以防止断裂素，以确保经济效益耐磨性的材料选择具有高抗拉强度、抗压例如，低碳钢和某些合金钢根据应用需求选择合适的材强度和抗弯强度的材料例如，合金钢和淬火钢具有具有较好的韧性料，避免过度追求高性能而较高的耐磨性造成成本过高齿轮热处理淬火1提高齿轮硬度和耐磨性回火2降低齿轮脆性，提高韧性表面处理3改善齿面疲劳强度和耐磨性齿轮制造工艺铸造1适用于形状复杂的大齿轮，但精度较低锻造2提高材料强度和抗冲击性，适用于高负荷齿轮切削3常用方法，精度较高，适合各种齿轮类型磨削4提高齿轮精度和表面光洁度，适用于高精度齿轮齿轮设计基础齿轮比模数压力角齿轮比是指两个齿轮的齿数之比，决定了模数是齿轮尺寸的基本参数，决定齿轮的压力角是齿轮齿廓与法线之间的夹角，影传动比和速度变化大小和齿数响齿轮的承载能力和啮合性能外接圆设计中心距1中心距是两个齿轮中心之间的距离齿数2齿数决定了齿轮的转速和扭矩模数3模数决定了齿轮的大小和强度外接圆设计是齿轮设计的重要步骤它决定了齿轮的尺寸和中心距，以及齿轮的转速和扭矩在进行外接圆设计时，需要考虑齿轮的应用场景、齿轮的材料、齿轮的强度等因素模数和压力角的选择模数压力角模数是齿轮的尺寸参数之一，它决定压力角是齿轮的形状参数，它决定了了齿轮的大小和强度齿轮的啮合强度和传动效率齿面宽度的确定载荷分布强度要求12齿面宽度影响载荷分布，宽度齿面宽度需要满足强度要求，越大，载荷分布越均匀，齿轮确保齿轮不会因过载而失效寿命更长制造限制3齿面宽度受制造工艺限制，过宽的齿面可能导致加工困难齿轮轮齿的强度计算12接触应力弯曲应力齿轮啮合时，齿面之间会产生接触应齿根处会产生弯曲应力，需要计算弯力，需要计算接触应力是否超过材料曲应力是否超过材料的许用应力的许用应力接触应力和弯曲应力分析接触应力MPa弯曲应力MPa透平齿轮设计高精度耐用性透平齿轮用于高精度应用，需要透平齿轮需要承受高温高压，因精确的齿轮间隙和齿轮形状此需要使用耐用的材料和先进的制造工艺效率可靠性透平齿轮需要最大程度地减少能透平齿轮需要能够可靠地工作，量损失，以提高效率以保证设备的安全性减速器的设计减速器类型设计参数齿轮选择强度计算减速器分为多种类型，包括减速器设计需要考虑输入转根据设计参数，选择合适的计算齿轮的接触应力，弯曲齿轮减速器，蜗轮蜗杆减速速，输出转速，扭矩，功率齿轮类型，模数，齿数，齿应力，确保其强度满足要求器，行星齿轮减速器等等参数面宽度等行星齿轮传动行星齿轮传动是一种结构紧凑、传动由定置的太阳轮、围绕太阳轮旋转的比大、承载能力强的传动形式行星轮、行星架和输出轮组成行星齿轮传动广泛应用于汽车变速箱、机床、风力发电机等领域斜齿轮传动承载能力强传动平稳应用广泛与直齿轮相比，斜齿轮具有更大的接斜齿轮的啮合过程更加平稳，噪音更斜齿轮广泛应用于各种机械设备中，触线，因此承载能力更强低，传动效率更高例如汽车变速箱、工业减速器等双曲面齿轮传动定义特点应用双曲面齿轮传动是一种特殊类型的齿轮与其他齿轮传动相比，双曲面齿轮传动双曲面齿轮传动广泛应用于航空航天、传动，齿轮的齿面为双曲面这种传动具有以下特点传动平稳，噪音低，寿精密机械、汽车等领域方式可以实现高精度、高效率和低噪声命长，承载能力强的传动蜗杆传动传动效率高承载能力强12蜗杆传动可以实现较大的传动蜗杆传动可以承受较大的载荷比，一般可达10-100以上，且传动平稳、噪声小自锁性能3蜗杆传动具有自锁性能，可以实现反向制动功能齿轮箱设计内部结构类型设计软件齿轮箱包含齿轮、轴承、轴、壳体等组件根据传动方式、齿轮布置和用途，齿轮箱现代齿轮箱设计通常借助CAD/CAE软件，，用于传递运动和改变转速、扭矩可以分为多种类型，例如平行轴齿轮箱、进行三维建模、有限元分析、优化设计等交叉轴齿轮箱、行星齿轮箱等齿轮传动噪声噪声来源影响因素齿轮传动噪声主要来自齿轮啮合时的冲击和振动，以及齿轮材料齿轮传动噪声受到齿轮的尺寸、材料、加工精度、润滑、安装精内部的微观结构和加工精度度等因素影响齿轮润滑与冷却润滑冷却12润滑油可以减少摩擦，降低磨齿轮在运行过程中会产生热量损，延长齿轮的使用寿命，需要冷却系统来散热，防止齿轮过热润滑油的选择冷却方式34润滑油的粘度、抗氧化性、抗常见的冷却方式有风冷、水冷磨性等特性都会影响齿轮的性、油冷等，选择合适的冷却方能式可以提高齿轮的使用寿命齿轮故障分析磨损断裂齿面磨损是常见的齿轮故障，导致效由于过载、冲击载荷或材料缺陷，齿率降低，噪声增加，甚至齿轮失效轮可能发生断裂，导致机器无法正常运转点蚀齿轮表面出现微小的凹坑，导致润滑不良，加速磨损，降低齿轮寿命齿轮传动鲁棒设计可靠性抗干扰能力故障容忍齿轮传动鲁棒设计侧重于提高传动的确保齿轮传动在各种负荷、速度和环设计齿轮传动系统，即使出现轻微故可靠性和耐久性境条件下都能正常工作障，也能继续运行齿轮传动的实际应用齿轮传动在机械领域应用广泛，几乎涵盖了所有机械设备，例如:•汽车、航空、船舶等交通工具的动力传动系统•工业机械设备、机床、机器人等的核心传动部件•精密仪器、家用电器等传动装置数字化设计与优化参数化建模有限元分析优化算法使用CAD软件，建立齿轮参数化模型，便通过有限元分析，模拟齿轮在不同工况下应用优化算法，根据性能目标和约束条件于快速修改和优化设计的应力分布，识别潜在的失效模式，自动寻找最佳的齿轮参数组合案例分析汽车变速箱风力发电机工业机械123齿轮传动在汽车变速箱中发挥着至风力发电机中的齿轮组用于将风能在各种工业机械中，齿轮传动广泛关重要的作用，实现不同档位之间转化为机械能，将低转速、高扭矩应用于减速器、提升机、泵等设备的切换，并优化车辆的动力输出的风力旋转转换为高速、低扭矩的，实现能量传递和速度控制电力输出总结与展望齿轮传动设计领域，充满了挑战与机遇未来，我们将看到更多先进材料、数字化设计工具和智能制造技术的应用，推动齿轮传动技术不断发展，满足日益复杂的机械系统需求。