《XYZ齿轮传动设计》课件

齿轮传动设计XYZ专业齿轮传动设计课程掌握齿轮设计核心技术应用于工业机械、汽车、精密仪器等领域齿轮传动简介传动基本原理啮合齿形配合传递转矩转速转矩转换实现机械能定向传递应用范围广泛工业机械、交通运输、精密仪器齿轮及其分类圆柱齿轮平行轴传动，效率高斜齿轮承载能力强，噪音低锥齿轮垂直轴传动，转向变换蜗杆蜗轮大传动比，自锁性能齿轮传动的基本组成主动齿轮连接动力源，提供输入转矩从动齿轮承受负载，输出转矩轴与轴承支撑齿轮，传递转矩箱体与密封保护部件，提供润滑齿轮啮合原理啮合条件力的分解共轭曲线满足啮合基本定律径向力引起轴承负荷保持恒定传动比切向力产生有效转矩轴向力斜齿轮特有渐开线齿形形成原理优点特性圆上一点绕定圆滚动轨迹制造简单，啮合稳定应用广泛加工实现绝大多数齿轮都用渐开线标准刀具可直接加工齿廓修形及其意义问题来源制造误差与变形导致啮合干涉理论啮合不适应实际工况修形方式顶部修形减小干涉齿向修形改善负荷分布效果提升降低噪声振动提高承载能力延长使用寿命蜗杆与蜗轮传动结构特点类似螺旋和齿条配合传动比大单级可达100:1自锁性能防止反向传动效率低摩擦损失大行星齿轮传动太阳轮行星轮中心位置齿轮围绕太阳轮旋转行星架内齿圈支撑行星轮公转外层固定或传动内齿轮与外齿轮的区别外齿轮内齿轮齿面在圆周外侧齿面在圆周内侧啮合时转向相反啮合时转向相同结构简单，应用广泛结构紧凑，传动平稳加工容易，成本低加工复杂，精度要求高齿轮参数基本术语参数定义常用范围模数m齿轮尺寸基本单位

0.5-20mm齿数z齿轮周边齿的个数17-100压力角α齿廓切线与滚动切线夹角20°/

14.5°分度圆直径d理论计算基准圆d=m·z齿轮设计基本流程需求分析传动比、负载、工况确定初步计算模数选择、尺寸计算强度校核接触强度、弯曲强度验证结构设计支撑、润滑、密封系统出图与验证工程图纸、样机测试齿轮尺寸计算m·z分度圆直径基本计算公式mz+2齿顶圆直径外形最大直径mz-

2.5齿根圆直径内形最小直径π·m齿距相邻齿分度圆弧长齿轮强度校核符合使用要求强度、寿命满足设计强度计算校核弯曲强度和接触强度计算载荷确定工作转矩、动载系数材料参数许用应力、弹性模量受力分析基础径向力切向力轴向力Fr FtFa轴承载荷主要来源产生传递转矩的力斜齿轮特有推力合力计算矢量合成与分解载荷谱与工作状态齿根应力基础应力来源齿根断裂齿轮受力弯矩作用疲劳累积导致裂纹齿根截面最小最薄弱裂纹扩展至完全断裂应力集中严重常见于高载荷、冲击工况齿面接触疲劳接触应力赫兹接触压力理论齿面交替接触产生高应力表面疲劳微观疲劳裂纹产生材料微粒脱落形成点蚀失效扩展点蚀区域逐渐扩大表面剥落加速恶化最终导致齿面严重损坏齿轮材料选择原则载荷要求轻载铸铁、非金属；重载合金钢速度条件高速耐磨材料；低速普通材料工作环境腐蚀不锈钢；高温特种合金成本因素批量生产标准化材料，性价比高齿轮热处理工艺表面硬化渗碳、渗氮、感应淬火提高表面硬度和耐磨性整体淬火高温加热后快速冷却提高整体强度回火处理中低温回火减少内应力增加韧性防止脆断齿轮制造工艺简介滚齿效率高，精度好适合批量生产插齿适合加工内齿轮设备简单，通用性强剃齿精加工工艺提高齿面光洁度磨齿高精度修整热处理后精加工齿轮误差与公差齿轮检测方法齿厚测量游标卡尺、千分尺跳动检查百分表测量跳动量齿形检测专用齿形仪齿轮箱结构设计箱体设计刚性好，振动小润滑系统保证油路畅通散热考虑足够散热面积装配便利维护检修方便齿轮润滑要求润滑油类型润滑方式低速高粘度油浸油式简单可靠高速低粘度油喷射式高速高负荷温度影响油品清洁高温油膜变薄过滤系统保证油品质量低温流动性差温升与降温措施热源摩擦损失转化为热散热片增加表面散热面积强制风冷风扇加速空气流动油冷系统循环油经冷却器降温噪声与振动控制噪声来源控制措施齿轮啮合冲击修形减少冲击误差引起的激振提高加工精度共振放大避开共振区轴承噪声阻尼材料吸收振动齿轮啮合效率分析啮合损失润滑阻力滑动摩擦能量损失油液搅拌损失2效率影响因素风阻损耗载荷、转速、油温高速时空气阻力轴与轴承配合设计轴颈硬度1配合面硬度HRC58-62保证耐磨性过盈配合2轴承内圈与轴防止相对转动轴承选型3径向载荷深沟球轴承轴向载荷推力轴承组合载荷角接触轴承轴径阶差4便于安装拆卸留置轴肩定位安全系数与可靠性应用场合弯曲安全系数接触安全系数一般工业

1.5-

1.

81.2-

1.5提升机械

2.0-

2.

21.6-

1.8汽车变速箱

1.3-

1.

61.1-

1.3航空航天

2.5-

3.

02.0-

2.5齿轮失效案例分析齿轮优化设计最优设计满足多目标优化参数调整齿顶高系数、变位系数优化轻量化薄壁设计、材料选择低噪音齿形优化、减振设计仿真在齿轮设计中的应用CAE有限元分析多体动力学应力分布计算传动系统整体仿真变形分析动态负载计算疲劳寿命预测振动噪声预测计算流体力学润滑油流动分析散热性能模拟温度场计算齿轮模数与传动比关系多级齿轮传动设计方法润滑冷却轴向尺寸控制油路设计保证各级润滑结构布置级间轴承合理安排传动比分配高速部分重点散热轴系搭配紧凑轴向力平衡考虑合理分配各级传动比轴承支撑布局合理大传动比放在低速级间隙与啮合调整齿侧间隙轴向窜动调整方法消除热胀影响通过轴承预紧垫片调整中心控制距提供润滑空间端盖调整定位偏心轴套微调间隙测量塞尺检测侧隙千分表测轴向窜动齿轮受力实验与数据采集实验设备数据采集闭式功率循环试验台实时应力信号转矩传感器振动噪声信号应变片测量温度监测振动加速度传感器转速波动记录齿轮传动系统常用标准标准分类代表标准适用范围国内标准GB/T10095齿轮强度计算国际标准ISO6336齿轮承载能力德国标准DIN3990齿轮设计规范美国标准AGMA2001齿轮设计指南齿轮箱密封设计静态密封箱体接合面用垫片或液态密封胶动态密封轴穿出处用油封或迷宫密封呼吸装置平衡内外压力防止漏油安装要点密封圈装配方向正确齿轮系统维护与保养日常维护年度大检检查油位和油质开箱检查磨损状况观察噪音和振动更换密封件1定期保养更换润滑油清洗油路滤网智能制造与齿轮生产自动化加工在线检测机器人上下料视觉系统实时监控远程监控数据采集设备运行状态实时传输工艺参数实时记录新型齿轮材料与工艺粉末冶金齿轮高精度低成本复合材料齿轮轻量化低惯性打印齿轮3D复杂结构一体成型典型应用案例工业机械齿轮传动100kW功率等级大功率重载荷10:1传动比大扭矩输出24/7运行时间连续工作要求年5维护周期高可靠性设计典型应用案例新能源汽车齿轮箱高速化设计电机转速高达15000RPM低噪音设计无发动机掩蔽，齿轮噪音更明显高效率设计提高能量利用率，延长续航里程轻量化结构4减少整车重量，提高性能典型应用案例精密仪器用微型齿轮尺寸特点精度要求模数小于

0.5mm精度等级3-5级直径仅几毫米表面粗糙度Ra

0.4以下厚度不足1mm跳动公差微米级齿轮行业发展趋势轻量化减重30%以上高速化线速度超50m/s智能化内置传感监测绿色化环保材料和工艺齿轮传动面临的挑战复杂工况适应精度提升瓶颈变载荷制造精度极限高温环境测量精度限制冲击载荷温度变形影响材料性能制约强度密度比耐疲劳性能材料成本平衡未来齿轮传动研究方向智能齿轮系统自诊断自适应新材料应用纳米复合材料性能极限突破超高转速承载突破设计方法创新拓扑优化与仿生设计总结与设计注意事项需求明确工况条件详细调研运行参数准确掌握计算严谨安全系数合理选取强度校核不能省略工艺考虑设计与制造紧密结合避免难以实现的结构全生命周期维护方便性兼顾使用寿命预判准确问答与讨论。