《齿轮强度设计》课件

齿轮强度设计课程简介课程目标课程内容学习方法学习齿轮强度设计的理论知识和实际应齿轮的几何参数、应力分析、强度设计理论讲解、案例分析、软件演示、实验用方法、失效分析、制造工艺等操作等什么是齿轮齿轮是一种机械零件，用于传递旋转运动和扭矩齿轮通过其齿的相互啮合来实现运动和扭矩的传递，齿轮广泛应用于各种机械设备中，例如汽车、飞机、船舶、机床等等齿轮的重要性广泛应用高效传动从汽车到飞机，从工业设备到家齿轮能够有效地将旋转运动和扭用电器，齿轮在各个领域发挥着矩传递，实现不同速度和扭矩的至关重要的作用转换，提高传动效率结构紧凑齿轮传动系统具有结构紧凑、重量轻、占用空间小的特点，适合各种应用场合齿轮的分类圆柱齿轮锥齿轮包括直齿轮、斜齿轮和人字齿轮，广用于传递两轴相交的运动和动力，常泛应用于各种机械传动系统用于汽车变速箱等蜗轮蜗杆适用于大传动比、低速、重载的场合，常用于机床、起重机等平直齿轮的几何参数参数定义单位模数m齿轮的尺寸参数，等mm于齿轮节圆直径与齿数之比齿数z齿轮上齿的个数无齿顶高ha齿顶圆直径与节圆直mm径之差的一半齿根高hf节圆直径与齿根圆直mm径之差的一半正斜齿轮的几何参数模数齿根高模数是齿轮的重要几何参数，它决定了齿轮的尺寸齿根高是指齿根到齿顶的距离齿数齿厚齿数是指齿轮上的齿数齿厚是指齿轮两侧齿之间的距离齿顶高齿槽宽齿顶高是指齿顶到齿根的距离齿槽宽是指齿槽的宽度倾斜齿轮的几何参数2010螺旋角齿顶高影响齿轮承载能力影响齿轮的强度515齿根高齿厚影响齿轮的耐用性影响齿轮的传动效率工作原理啮合摩擦传递运动齿轮通过齿面相互啮合，传递动力和运齿轮的运动依靠齿面之间的摩擦力来实齿轮的转动速度和方向通过齿轮的齿数动现和啮合方式决定齿轮的应力分析弯曲应力接触应力齿根处承受的最大应力，由齿轮弯曲变形引起齿面承受的压力，由齿轮啮合时的接触产生弯曲应力12齿根齿顶齿根是齿轮最薄弱的地方，容易发生齿顶也容易发生弯曲应力，但一般不弯曲疲劳会导致疲劳失效3齿面齿面主要承受接触应力，弯曲应力相对较小接触应力接触应力主要发生在齿轮啮合区域，是齿轮工作时承受的最大应力弯曲强度设计确定齿轮的材料1选择合适的材料以满足强度要求常见的齿轮材料包括钢、铸铁、铜合金和塑料计算齿根处的弯曲应力2根据齿轮的几何尺寸和载荷计算齿根处的弯曲应力公式为σb=Kt*F*m/b*Y确定允许的弯曲应力3根据所选材料的强度等级确定允许的弯曲应力通常，允许的弯曲应力低于材料的屈服强度设计齿轮的尺寸4根据计算结果调整齿轮的尺寸，以确保其能够承受预期的载荷并避免弯曲失效接触强度设计接触强度1齿面接触应力许用接触应力2材料和加工工艺决定安全系数3保证齿轮安全运行安全因子定义实际强度与设计强度之比作用保证齿轮在实际工况下安全可靠运行影响因素材料性能、载荷大小、工作环境等表面硬化加工表面硬化工艺增强齿轮性能12通过热处理、化学或物理方法提高齿轮的抗磨损能力、抗疲改变齿轮表面层，提高齿轮表劳强度，延长齿轮的使用寿命面硬度和耐磨性常见表面硬化方法3渗碳、渗氮、离子渗氮、喷丸强化等齿轮的热处理淬火回火表面淬火淬火是将齿轮加热到一定温度后，快速回火是在淬火后进行的，将齿轮加热到表面淬火是只对齿轮表面进行淬火，而冷却，以提高其硬度和耐磨性低于淬火温度的温度，并保温一段时间内部保持原来的组织，以提高其表面硬，然后缓慢冷却，以降低其硬度，并提度，而保持其内部的韧性高其韧性齿轮的润滑降低摩擦散热润滑油可以减少齿轮之间的摩擦润滑油可以带走齿轮运转过程中力，降低磨损，延长齿轮的使用产生的热量，防止齿轮过热寿命防锈润滑油可以形成一层保护膜，防止齿轮表面生锈材料选择强度耐用性选择强度高、耐磨损的材料，能够承材料要具有良好的耐疲劳性能，能够受齿轮的工作载荷在长期运行中保持稳定性成本选择性价比高的材料，在满足性能要求的前提下，控制成本制造工艺铣削磨削滚齿铣削是制造齿轮最常用的方法之一，它使磨削用于提高齿轮的精度和表面光洁度，滚齿是一种高度精确的制造方法，它使用用多刀铣刀将金属切削成所需的形状它使用砂轮来去除材料滚刀将齿轮坯料滚压成齿轮形状齿轮的检查与测试齿轮尺寸检查齿轮形状检查12齿轮尺寸检查确保齿轮符合设齿轮形状检查确保齿轮齿形、计要求，包括齿厚、齿宽、齿齿向和齿面精度符合设计要求顶高和齿根圆直径等齿轮热处理检查齿轮动态性能测试34齿轮热处理检查确保齿轮硬度齿轮动态性能测试模拟实际运、韧性、耐磨性等指标符合设行环境，评估齿轮的运行噪音计要求、振动、摩擦等指标齿轮的失效模式齿面疲劳齿根断裂齿面因反复交变载荷而产生疲劳齿根因弯曲应力过大而产生疲劳裂纹，最终导致齿面剥落或断裂裂纹，最终导致齿根断裂齿面磨损塑性变形齿面因摩擦而产生磨损，导致齿齿面因载荷过大而发生塑性变形面粗糙度增加，传动精度下降，导致齿轮精度下降，传动效率降低失效分析齿面疲劳1齿面磨损、点蚀齿根断裂2弯曲疲劳、过载材料缺陷3铸造缺陷、热处理缺陷润滑不足4干摩擦、润滑失效安装误差5轴承间隙、啮合误差维修与保养定期检查润滑保养清洁维护定期检查齿轮的磨损情况，包括齿面磨选择合适的润滑油，定期更换润滑油，定期清洁齿轮，去除灰尘、污垢和金属损、齿根疲劳、齿间间隙等并保持齿轮的润滑状态屑，防止污染齿轮齿轮的设计实例以汽车变速箱为例，介绍如何选择合适的齿轮类型、材料、尺寸等参数，并进行强度校核通过实例展示齿轮强度设计过程的具体步骤齿轮传动系统设计需求分析确定传动比、转速、扭矩、功率等参数齿轮选择根据传动比、尺寸、材料等因素选择合适的齿轮轴系设计确定轴的尺寸、材料、支承方式等强度校核检查齿轮和轴的强度是否满足要求润滑设计选择合适的润滑方式和润滑油装配与调试将齿轮传动系统组装并进行调试应力计算软件演示我们将使用专业的齿轮应力计算软件来进行演示该软件可以模拟各种齿轮的应力分布，并提供详细的计算结果通过软件，我们可以直观地观察齿轮在不同工况下的应力变化，并分析齿轮的强度是否满足设计要求数值分析方法有限元法边界元法12将复杂结构离散化为有限个单将边界条件离散化，将微分方元，将连续问题转化为离散问程转化为边界积分方程，并通题，并通过求解方程组得到近过求解积分方程得到近似解似解差分法3将微分方程转化为差分方程，并通过求解差分方程得到近似解国内外标准介绍中国标准国际标准美国标准GB/T10095-2018齿轮传动ISO6336-1:2019齿轮传动AGMA2001-D04齿轮强度设计本课程总结齿轮强度设计是机械工程中至关重要的一部分，本课程涵盖了齿轮的几何参数、应力分析、强度设计、制造工艺和失效分析等方面通过学习本课程，学生能够掌握齿轮强度设计的理论基础和实践方法，并能够独立进行齿轮的设计和选型。