《齿轮组合的设计》课件

齿轮组合的设计课程简介本课程将从齿轮组合的基本概念入手，逐步讲解齿轮组合的设计流程，并结合实例进行分析和讲解齿轮组合概述定义作用1齿轮组合是指由两个或多个齿轮相互啮合，实现动力传递或运动转换的机械系统齿轮组合的定义与作用定义作用齿轮组合是指由两个或多个齿轮相互啮合，实现动力传齿轮组合在机械传动系统中起着重要的作用，可以实现递或运动转换的机械系统速度、扭矩、方向的改变，以及运动的同步和分配齿轮组合的分类按齿轮类型按传动方式按传动比包括圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等包括平行轴传动、交叉轴传动、空间包括减速器、增速器、变速箱等传动等齿轮组合的应用领域工业1机械加工、电力设备、汽车制造等农业2农业机械、拖拉机、收割机等航空3飞机发动机、直升机传动系统等航天4卫星、火箭、空间站等齿轮传动原理回顾啮合原理传动比速度关系扭矩关系齿轮传动依靠齿轮之间的啮齿轮传动比等于主动齿轮的主动齿轮的速度与从动齿轮主动齿轮的扭矩与从动齿轮合来传递运动和能量齿数与从动齿轮的齿数之的速度成反比的扭矩成正比比齿轮传动的基本参数模数齿轮尺寸的基本单位，等于齿轮节圆直径与齿数之比齿数齿轮上齿的个数，决定着齿轮的传动比中心距两个齿轮中心之间的距离，影响着齿轮的啮合性能齿顶高齿顶到节圆的距离，影响着齿轮的强度和寿命齿根高齿根到节圆的距离，影响着齿轮的强度和寿命齿轮传动的类型圆柱齿轮锥齿轮1用于平行轴传动用于交叉轴传动2行星齿轮蜗轮蜗杆43用于实现多种传动功能用于空间传动齿轮传动的设计准则强度1齿轮必须具有足够的强度，以承受工作载荷寿命2齿轮的寿命应满足使用要求精度3齿轮的加工精度应满足传动要求噪音4齿轮的运转噪音应符合要求效率5齿轮传动效率应尽可能高齿轮材料的选择强度1齿轮材料应具有足够的强度，以承受工作载荷硬度2齿轮材料应具有较高的硬度，以提高齿面耐磨性韧性3齿轮材料应具有良好的韧性，以防止断裂或崩齿耐磨性4齿轮材料应具有良好的耐磨性，以延长使用寿命齿轮材料的性能要求强度高硬度高韧性好耐磨性好耐热性好加工性能好常用齿轮材料介绍12碳钢合金钢价格低廉，加工性能好，但强度较低，用于低速、轻载荷的传动系统强度高，硬度高，耐磨性好，适用于高速、重载荷的传动系统34铸铁塑料强度较低，耐磨性较差，但易于加工，适用于低速、轻载荷的传动系统轻便、耐腐蚀，但强度低，适用于低速、轻载荷的传动系统齿轮热处理工艺齿轮强度计算齿面接触强度弯曲强度齿轮齿面接触强度是指齿轮齿面所能承受的单位面积上的齿轮弯曲强度是指齿轮齿根所能承受的单位面积上的最大最大压力弯曲应力齿轮齿面接触强度计算齿面接触强度计算公式齿面接触强度系数KH与材料、热处理工艺、润滑条件等因素有关σH=KH*ZH齿面接触强度因子ZH与齿轮的模数、齿数、中心距等参数有关其中•σH为齿面接触强度•KH为齿面接触强度系数•ZH为齿面接触强度因子齿轮弯曲强度计算齿轮弯曲强度计算公式齿轮弯曲强度系数KF与材料、热处理工艺、润滑条件等因素有关σF=KF*ZF齿轮弯曲强度因子ZF与齿轮的模数、齿数、中心距等参数有关其中•σF为齿轮弯曲强度•KF为齿轮弯曲强度系数•ZF为齿轮弯曲强度因子齿轮安全系数的选取安全系数1安全系数是指齿轮的实际强度与工作载荷之间的比值，用于保证齿轮在工作过程中不会发生失效选取原则2安全系数的选取应根据齿轮的工作条件、材料、热处理工艺等因素综合考虑齿轮尺寸设计模数齿数模数的选择应根据齿轮的强齿数的确定应根据传动比、度、精度、制造工艺等因素齿轮的强度、精度等因素综综合考虑合考虑中心距中心距的计算应根据齿轮的模数、齿数、传动比等因素进行齿轮模数的选择强度要求精度要求加工要求模数越大，齿轮强度模数越小，齿轮精度模数的选择应考虑加越高，但齿轮尺寸也越容易保证，但齿轮工设备的能力和精度越大强度较低齿轮齿数的确定传动比1齿数之比决定着传动比，应满足传动要求强度2齿数过少，齿轮强度较低，容易发生失效精度3齿数过多，齿轮精度难以保证，容易产生噪音干涉4应避免齿轮之间的干涉，确保齿轮能够正常啮合齿轮中心距的计算公式中心距=模数*主动齿数+从动齿数/2影响因素中心距的大小影响着齿轮的啮合性能和传动效率调整中心距可以通过调整齿轮的齿数或模数来进行调整齿轮副的啮合条件齿数之差两个齿轮的齿数之差应满足一定的条件，以避免齿轮之间的干涉模数两个齿轮的模数应一致，以确保齿轮能够正常啮合中心距中心距应满足齿轮的啮合要求，并确保齿轮的运转平稳齿顶间隙齿顶间隙应足够大，以防止齿轮发生干涉或磨损齿轮精度等级的选择精度等级选择原则1齿轮的精度等级是指齿轮的加工精精度等级的选择应根据齿轮的工作度，分为多个等级，等级越高，精2条件、传动要求、噪音要求等因素度越高综合考虑齿轮的制造工艺切削加工1包括铣齿、插齿、刨齿等方法磨削加工2用于提高齿轮的精度和耐磨性其他加工3包括滚齿、珩齿、研齿等方法齿轮的切削加工铣齿1采用铣刀对齿轮进行切削加工，适用于小批量生产插齿2采用插齿刀对齿轮进行切削加工，适用于大批量生产刨齿3采用刨齿刀对齿轮进行切削加工，适用于加工大型齿轮齿轮的磨削加工圆柱磨削适用于加工圆柱齿轮，提高齿轮的精度和耐磨性锥形磨削适用于加工锥齿轮，提高齿轮的精度和耐磨性蜗轮磨削适用于加工蜗轮，提高齿轮的精度和耐磨性齿轮的检测方法1齿形测量使用齿形测量仪测量齿轮的齿形参数，如模数、齿数、中心距等2齿向测量使用齿向测量仪测量齿轮的齿向误差，以判断齿轮的啮合精度3齿轮跳动测量使用齿轮跳动测量仪测量齿轮的跳动量，以判断齿轮的加工精度4齿轮噪音测量使用噪音测量仪测量齿轮的运转噪音，以判断齿轮的运行状况齿轮箱的设计结构形式润滑方式密封设计齿轮箱的结构形式主要包括开放式、齿轮箱的润滑方式主要包括油浴润滑、齿轮箱的密封设计主要包括轴封、油封闭式和半封闭式飞溅润滑和强制润滑封、迷宫密封等齿轮箱的结构形式开放式齿轮箱结构简单，成本低廉，封闭式齿轮箱结构复杂，成本较高，半封闭式齿轮箱介于开放式和封闭式但易受环境污染，使用寿命较短但密封性好，使用寿命长之间，兼具两者优点齿轮箱的润滑方式油浴润滑飞溅润滑强制润滑123将齿轮浸泡在润滑油中，适用利用齿轮的旋转带动油液飞溅，利用油泵将润滑油强制输送到于低速、轻载荷的传动系统适用于中速、中载荷的传动系齿轮，适用于高速、重载荷的统传动系统齿轮箱的密封设计轴封油封用于防止润滑油从齿轮轴泄用于防止外部的灰尘和污垢漏进入齿轮箱迷宫密封利用迷宫结构阻挡油液的泄漏齿轮箱的散热设计散热片风机冷却液利用散热片增加散热利用风机强制通风，利用冷却液带走热量，面积，提高散热效率带走热量，降低齿轮降低齿轮箱温度箱温度齿轮轴的设计材料选择1齿轮轴材料应具有足够的强度和韧性，以承受工作载荷强度计算2齿轮轴的强度计算应根据工作载荷、轴的尺寸和材料特性进行刚度计算3齿轮轴的刚度计算应确保轴在工作过程中不会产生过大的挠度支承设计4齿轮轴的支承设计应保证轴的定位精度，并承受工作载荷校核5齿轮轴的设计完成后，应进行校核，确保轴的强度、刚度和支承设计符合要求齿轮轴的材料选择强度韧性加工性能材料的强度应满足齿轮轴的强度要材料的韧性应保证齿轮轴的抗冲击能材料的加工性能应满足齿轮轴的加工求力要求齿轮轴的强度计算载荷分析确定齿轮轴所承受的载荷大小、方向和作用位置应力计算根据载荷分析结果，计算齿轮轴上的应力大小和分布情况强度校核将计算得到的应力与材料的强度极限进行比较，判断齿轮轴的强度是否满足要求齿轮轴的刚度计算刚度校核挠度计算1将计算得到的挠度与允许挠度进行根据齿轮轴上的载荷，计算齿轮轴2比较，判断齿轮轴的刚度是否满足的挠度大小要求齿轮轴的支承设计轴承选择1根据齿轮轴的载荷、转速和精度要求选择合适的轴承类型轴承布置2根据齿轮轴的结构和工作条件布置轴承的位置和数量轴承安装3按照轴承安装要求安装轴承，确保轴承的定位精度和工作性能齿轮轴的校核强度校核1检查齿轮轴的强度是否满足要求刚度校核2检查齿轮轴的刚度是否满足要求支承校核3检查齿轮轴的支承设计是否符合要求齿轮组合的优化设计齿轮参数提高齿轮强度、精度和效率齿轮结构简化齿轮结构，降低成本和加工难度齿轮箱布局优化齿轮箱的结构布局，提高传动效率和可靠性齿轮参数优化1模数优化选择合适的模数，以提高齿轮强度和效率2齿数优化选择合适的齿数，以满足传动比和强度要求3中心距优化选择合适的中心距，以确保齿轮的正常啮合和运转平稳4齿顶间隙优化选择合适的齿顶间隙，以避免齿轮之间的干涉和磨损齿轮结构优化齿形优化齿根优化改进齿轮的齿形，提高齿轮的强度和效率优化齿轮的齿根结构，提高齿轮的抗弯曲强度齿轮箱布局优化优化齿轮箱的内部结构布局，减少零件数量，简化装配过优化齿轮箱的外部尺寸和形状，降低成本和加工难度程齿轮的润滑润滑油的选择润滑方式的确定12润滑油的选择应根据齿轮润滑方式的确定应根据齿的工作条件、材料、速度轮的工作条件、润滑油的和载荷等因素进行类型和齿轮箱的结构等因素进行润滑系统的设计3润滑系统的设计应确保润滑油能够及时、均匀地到达齿轮表面，并能够有效地将热量带走润滑油的选择黏度润滑油的黏度应满足齿轮的工作条件和润滑方式的要求极压性能润滑油的极压性能应满足齿轮的工作条件和载荷要求抗氧化性能润滑油的抗氧化性能应满足齿轮的工作环境要求抗磨性能润滑油的抗磨性能应满足齿轮的工作条件和寿命要求润滑方式的确定油浴润滑飞溅润滑强制润滑适用于低速、轻载荷适用于中速、中载荷适用于高速、重载荷的传动系统的传动系统的传动系统润滑系统的设计油箱1用于储存润滑油油泵2用于将润滑油输送到齿轮表面油过滤器3用于过滤润滑油，防止杂质进入齿轮箱油冷却器4用于冷却润滑油，防止油温过高油管路5用于连接润滑系统各个部件齿轮的故障分析齿轮磨损齿轮齿面由于摩擦而产生的磨损，会导致传动精度下降，噪音增大齿轮断裂齿轮由于过载或疲劳而产生的断裂，会导致传动失效齿轮崩齿齿轮由于过载或材料缺陷而产生的崩齿，会导致传动精度下降，噪音增大齿轮轴弯曲齿轮轴由于过载或支撑不足而产生的弯曲，会导致传动精度下降，噪音增大齿轮常见的故障类型齿面磨损由于摩擦而产生的磨损，会导致传动精度下降，噪音增大齿根疲劳由于反复载荷而产生的疲劳，会导致齿根断裂齿面剥落由于过载或材料缺陷而产生的剥落，会导致传动精度下降，噪音增大齿轮轴弯曲由于过载或支撑不足而产生的弯曲，会导致传动精度下降，噪音增大齿轮故障的原因分析过载润滑不良齿轮承受的载荷超过其设计强度，1润滑油不足或润滑油质量不佳，会会导致齿轮磨损、断裂或崩齿2导致齿轮磨损加剧，寿命缩短材料缺陷加工精度4齿轮材料本身存在缺陷，会导致齿齿轮的加工精度过低，会导致齿轮3轮强度不足，容易发生断裂或崩齿之间的啮合不良，噪音增大，磨损加剧齿轮故障的预防措施合理设计1根据工作条件，选择合适的齿轮材料、结构和尺寸，以提高齿轮的强度和寿命严格加工2严格控制齿轮的加工精度，确保齿轮之间的啮合良好，减少磨损和噪音定期维护3定期检查齿轮箱内的油液状态，及时更换油液，并对齿轮进行清洁和润滑安全操作4避免齿轮过载，防止齿轮发生断裂或崩齿齿轮的维护保养日常维护1每天检查齿轮箱的油液状态，并定期添加油液，确保油液充足定期检查2定期检查齿轮箱的密封状况，防止泄漏和污染更换标准3当齿轮出现磨损、断裂、崩齿等现象时，应及时更换齿轮齿轮的日常维护油液检查每天检查油液液位，并定期添加油液，确保油液充足密封检查定期检查密封状况，防止泄漏和污染温度检查检查齿轮箱的温度，确保温度不超过正常范围噪音检查检查齿轮箱的运转噪音，确保噪音不超过正常范围齿轮的定期检查1齿面磨损检查齿轮齿面是否存在磨损，磨损严重时应更换齿轮2齿根疲劳检查齿轮齿根是否存在疲劳裂纹，裂纹严重时应更换齿轮3齿面剥落检查齿轮齿面是否存在剥落，剥落严重时应更换齿轮4轴承磨损检查轴承是否存在磨损，磨损严重时应更换轴承齿轮的更换标准齿面磨损齿轮断裂齿轮崩齿齿面磨损超过一定程度，影响传动精齿轮发生断裂时，应立即更换齿轮齿轮发生崩齿时，应立即更换齿轮度和效率时，应更换齿轮齿轮设计实例分析实例一减速器设计实例二变速箱设计实例三行星齿轮机构设计减速器是一种常用的齿轮组合，用于变速箱是一种常用的齿轮组合，用于行星齿轮机构是一种复杂的齿轮组合，降低速度，提高扭矩改变速度，实现不同速度的传动用于实现多种传动功能实例一减速器设计传动比齿轮选择12根据减速要求，确定减速器的传动比根据传动比、载荷和速度等因素选择合适的齿轮类型和尺寸轴承设计润滑设计34设计轴承，以承受齿轮的载荷和转速设计润滑系统，确保齿轮的正常润滑实例二变速箱设计换挡机构同步器控制系统设计换挡机构，实现不同挡位的设计同步器，确保换挡平稳设计控制系统，控制变速箱的换切换挡过程实例三行星齿轮机构设计传动比结构设计载荷分析确定行星齿轮机构的传动比设计行星齿轮机构的结构，确保其能分析行星齿轮机构的载荷，确保其强够正常工作度满足要求课程总结本课程系统地介绍了齿轮组合的设计原理、关键技术和应用实践希望您通过学习本课程，能够掌握齿轮组合的设计方法，并能够应用于实际工程项目。