《齿轮及齿轮的绘制》课件

齿轮及齿轮的绘制齿轮作为机械传动的核心部件，在现代工业制造中发挥着不可替代的作用从古代简单的木质齿轮到现代精密的金属齿轮，这一机械元件的发展见证了人类工业文明的进步课程大纲1齿轮基本知识深入了解齿轮的定义、功能、发展历史以及在现代工业中的重要地位2齿轮分类与特点系统学习各种齿轮类型的结构特点、工作原理和应用场合3齿轮参数计算掌握齿轮基本参数的计算方法和设计要点齿轮的标准绘制方法第一部分齿轮基础知识学习目标内容框架通过本部分的学习，学员将深入理解齿轮的基本概念和工作原本部分包括齿轮的定义、主要功能、发展历史以及在现代工业中理我们将从齿轮的定义出发，探讨其在机械传动中的核心作的重要地位这些基础知识将为后续的深入学习奠定坚实基础用齿轮的定义基本概念历史发展齿轮是能够互相啮合的有齿机械齿轮的应用可以追溯到古代，但零件，通过齿与齿之间的接触实真正广泛应用于工业生产始于19现动力传递其精密的几何形状世纪末随着制造技术的进步，确保了传动的准确性和可靠性齿轮精度不断提高现代地位在现代机械传动系统中，齿轮是不可或缺的核心组件，代表着精密制造工艺的最高水平，广泛应用于各个工业领域齿轮的功能传递动力和运动改变运动方向调整转速和转矩保持传动比精确稳定齿轮的主要功能是在两通过不同类型的齿轮组根据齿轮比的不同，可个或多个轴之间传递旋合，可以将旋转运动的以实现增速减扭或减速齿轮传动具有传动比恒转运动和扭矩，实现机方向进行90度或其他角增扭的传动效果，满足定、传动效率高的特械能的有效传递度的改变不同工况需求点，能够确保机械系统的同步运行齿轮的发展历史古代木质齿轮最早的齿轮由木材制成，用于水车、风车等简单机械装置，结构粗糙但功能有效工业革命期间18-19世纪工业革命推动了金属齿轮的发展，铸铁和钢制齿轮开始大规模应用于机械设备现代精密制造20世纪以来，精密制造技术和计算机辅助设计的应用，使得齿轮精度达到了前所未有的水平齿轮在现代工业中的地位汽车工业机床传动变速箱中的齿轮系统是汽车动力传动的核精密机床中的齿轮传动系统决定了加工精度心，直接影响车辆的性能表现现代汽车变和效率高精度齿轮确保机床主轴和进给系速箱采用多级齿轮传动，实现平稳换挡和燃统的稳定运行，是精密制造的基础油经济性的平衡微型机械航空航天精密仪器和微型机械中的齿轮尺寸极小但精航空发动机和飞行控制系统中使用的特殊齿度要求极高，推动了微细加工技术的发展，轮要求极高的可靠性和轻量化设计，代表了应用于手表、医疗器械等领域齿轮制造技术的最高水平第二部分齿轮分类分类标准齿轮的分类方法多样，主要按齿形、轴线位置关系和传动特点进行分类齿形分类根据齿廓形状的不同，分为渐开线齿轮、摆线齿轮和圆弧齿轮等类型轴线位置分类按照两轴线的空间位置关系，分为平行轴、相交轴和交错轴齿轮传动应用特点不同类型的齿轮适用于不同的工况条件和传动要求按齿形分类渐开线齿轮摆线齿轮渐开线齿轮是目前应用最广泛的齿轮类型，其齿廓为渐开线形摆线齿轮的齿廓为摆线形状，主要用于钟表机构等精密传动装状这种齿形具有传动平稳、制造简单、互换性好的优点，是现置其特点是啮合过程中无滑动，传动效率高，但制造工艺复代机械传动的首选方案杂渐开线齿轮的传动比恒定，啮合过程中压力角保持不变，因此传圆弧齿轮采用圆弧形齿廓，具有承载能力强、制造容易的特点，动质量稳定可靠常用于重载传动场合按轴线位置分类平行轴齿轮两轴线平行的齿轮传动相交轴齿轮两轴线相交的齿轮传动交错轴齿轮两轴线既不平行也不相交齿轮按照两轴线的空间位置关系可以分为三大类平行轴齿轮传动最为常见，包括圆柱齿轮和齿条传动相交轴齿轮传动主要是锥齿轮，用于改变传动方向交错轴齿轮传动包括蜗杆蜗轮和交错轴斜齿轮，适用于大传动比和空间布局受限的场合圆柱齿轮详解直齿圆柱齿轮结构最简单，制造容易斜齿圆柱齿轮传动平稳，噪音较小人字齿圆柱齿轮消除轴向力，高速重载圆弧齿圆柱齿轮承载能力强，特殊应用直齿圆柱齿轮结构特点直齿圆柱齿轮的齿向平行于轴心线，是最基本的齿轮类型其结构简单明了，制造工艺相对容易掌握，成本较低，因此在工业生产中应用极为广泛工作特性直齿轮在工作时噪音相对较大，但轴向无推力，轴承负荷较小适用于载荷不大、转速不高的传动场合，如机床进给系统、起重机械等典型应用在精密仪器如手表机芯中，直齿轮用于控制分针和秒针的传动由于其传动比精确稳定，能够确保时间显示的准确性斜齿圆柱齿轮螺旋结构低噪音特性轴向力影响斜齿轮的齿线与轴由于齿面的逐渐接斜齿轮工作时会产线成一定角度，通触和脱离，斜齿轮生轴向力，需要使常为8°-20°这种的运转比直齿轮更用推力轴承来承结构使得齿轮啮合加平稳，噪音显著受这是设计斜齿更加平稳，接触面降低，适用于对噪轮传动时必须考虑积更大音有要求的场合的重要因素适用范围特别适用于中高速传动装置，如汽车变速箱、机床主传动等对传动平稳性要求较高的场合人字齿圆柱齿轮结构设计制造挑战由两个螺旋方向相反的斜齿组成，形似制造复杂度高，需要专门的加工设备和人字形状，巧妙地消除了轴向力的影响工艺，成本相对较高应用领域优异性能4主要用于大型减速器、船舶推进装置等传动平稳，承载能力强，是高速重载传重要传动系统动的理想选择锥齿轮详解直齿锥齿轮弧齿锥齿轮齿线为直线，制造简单，适用齿线为圆弧形，传动平稳，噪于低速传动常见于手动工具音小，广泛应用于汽车差速器和简单机械装置中和机床传动系统零度锥齿轮螺旋角为零的特殊锥齿轮，结合了直齿和弧齿的优点，用于高精度传动场合圆锥齿轮外形特征传动特点圆锥齿轮的外表呈伞形，齿筋与主要用于相交轴传动，通常两轴节圆锥的直线一致这种独特的夹角为90度能够有效改变传动几何形状使其能够在相交轴之间方向，实现空间布局的灵活性，传递动力和改变传动方向是机械传动中不可缺少的元件实际应用广泛应用于折叠伞等可收缩物品的传动机构中在汽车差速器、角磨机、手电钻等设备中也有重要应用，体现了其在改变传动方向方面的独特优势面齿轮°9015K传动角度转速范围与正齿轮啮合的标准角度每分钟转数可达15000转85%传动效率高效率传动性能面齿轮具有独特的圆盘形结构，与正齿轮或螺旋齿轮啮合工作其突出特点是高速转动时摩擦力小，能产生较大的输出力矩这种齿轮在电动刮胡刀、搅拌器等小型电器设备中应用广泛，为设备提供了可靠的动力传递面齿轮的设计使得设备结构更加紧凑，同时保证了良好的传动性能蜗杆与蜗轮螺旋传动大传动比自锁特性精密调节蜗杆如螺旋桨般旋转单级可达100:1防止反向传动适用于微调机构蜗杆与蜗轮组成的传动装置适用于交错轴传动，具有传动比大、自锁性能好、结构紧凑的特点虽然传动效率相对较低，工作时产生的热量较大，但其在需要大传动比和精密位置控制的场合具有不可替代的优势其他特殊齿轮特殊齿轮类型包括行星齿轮系、内齿轮、非圆齿轮和齿条等行星齿轮系具有结构紧凑、传动比大的特点，广泛应用于自动变速箱内齿轮齿向内侧，常用于行星传动中非圆齿轮能实现变速比传动，用于特殊运动要求齿条与小齿轮组合实现旋转运动与直线运动的转换第三部分齿轮参数及计算几何参数角度参数模数、齿数、分度圆直径等基本几何尺寸参压力角、螺旋角等影响啮合性能的角度参数数强度校核计算方法弯曲强度和接触强度的计算验证方法各种参数之间的计算关系和设计公式齿轮的基本参数模数齿数分度圆直径m zd反映齿轮大小的基本参数，齿轮圆周上的齿的数量，齿轮的标准圆直径，是齿决定齿轮的齿形尺寸和强直接影响齿轮的尺寸和传轮设计和计算的基准分度特性模数越大，齿轮动比齿数的选择需要考度圆上的齿厚等于齿间宽的承载能力越强虑强度、精度和加工工艺度等因素压力角α影响齿轮传动性能的重要角度参数，标准值为20°压力角的大小影响齿轮的强度和传动平稳性分度圆与模数1分度圆定义分度圆是齿轮上齿厚与齿间相等的理论圆，是齿轮几何计算的基准在分度圆上，相邻两齿的对应点间距离称为周节2周节关系分度圆周节P是分度圆上相邻两齿对应点的弧长距离周节的大小直接决定了齿轮的尺寸和强度特性3模数计算模数m等于周节P除以π，即m=P/π分度圆直径d等于模数m乘以齿数z，即d=mz标准模数有统一的系列压力角定义与意义标准值与应用压力角是齿轮啮合时，接触点处法线与两齿轮中心连线之间的夹标准压力角为20°，这是经过长期实践验证的最佳值，能够在强角它反映了齿轮传力的方向，是影响齿轮传动性能的关键参度、效率和制造成本之间取得良好平衡数其他常用压力角包括

14.5°和25°

14.5°压力角传动较平稳但强压力角的大小直接影响齿轮的强度、传动效率和加工难度较大度较低；25°压力角强度高但轴承负荷大，多用于重载传动的压力角可以提高齿轮强度，但会增加轴承负荷齿轮尺寸计算1齿顶圆直径计算2齿根圆直径计算齿顶圆直径da=d+2m，其中d为分度圆直径，m为模齿根圆直径df=d-

2.5m，考虑了齿根圆角和间隙齿根数齿顶圆是通过所有齿顶的圆圆是通过所有齿根的圆3中心距计算4齿高计算两个外啮合齿轮的中心距a=z1+z2m/2，其中z

1、z2全齿高h=

2.25m，齿顶高ha=m，齿根高hf=

1.25m，分别为两齿轮的齿数确保齿轮正常啮合齿轮强度计算基础弯曲强度校核计算齿根弯曲应力，确保不超过材料许用应力接触强度校核计算齿面接触应力，防止齿面疲劳点蚀计算公式应用使用标准公式和修正系数进行精确计算安全系数确定根据工作条件选择合适的安全系数齿轮强度计算是确保齿轮安全可靠工作的重要环节弯曲强度主要考虑齿根部位的应力集中，接触强度关注齿面的疲劳寿命通过合理的强度计算，可以优化齿轮设计，提高传动系统的可靠性和使用寿命两个齿轮啮合的条件共轭齿廓条件齿廓形状必须满足共轭关系等距条件两齿轮的模数必须相等压力角相等啮合角等于压力角的几何要求传动比恒定确保传动比在啮合过程中保持稳定两个齿轮能够正确啮合需要满足严格的几何条件这些条件确保了齿轮传动的平稳性、准确性和可靠性任何一个条件不满足都会导致传动质量下降，甚至无法正常工作齿轮传动比计算基本传动比i=z2/z1=ω1/ω2多级传动比总传动比为各级乘积行星传动比复杂的行星系计算传动效率考虑摩擦损失影响传动比是齿轮传动设计的核心参数，决定了输入与输出的速度和转矩关系在多级传动中，总传动比等于各级传动比的乘积行星齿轮系的传动比计算较为复杂，需要考虑各个构件的运动关系实例计算参数齿轮1齿轮2单位齿数z2436个分度圆直径d72108mm齿顶圆直径da78114mm齿根圆直径df

64.

5100.5mm中心距a90mm根据给定条件z1=24,z2=36,α=20°,m=3,b=25mm，计算结果如上表所示传动比i=36/24=

1.5，齿高h=

2.25×3=

6.75mm这个实例展示了标准齿轮参数计算的完整过程，为实际设计提供了参考第四部分齿轮的绘制方法制图标准学习掌握国家标准GB/T10988-2008中关于齿轮图示的规定，了解标准化制图的基本要求和规范基本画法掌握学习各种齿轮类型的标准画法，包括主视图、俯视图和剖视图的绘制方法和技巧技术应用CAD结合现代CAD技术，提高绘图效率和精度，实现参数化设计和标准化制图机械制图标准国标要点与手工制图CADGB/T10988-2008《齿轮几何要现代CAD制图具有精度高、效率素的定义和符号》规定了齿轮制快、易修改的优点，而手工制图图的标准方法标准统一了齿轮有助于理解齿轮结构两种方法图示的表达方式，确保了技术交各有特点，需要结合实际需求选流的准确性择图纸基本要求齿轮图纸必须清晰表达齿轮的结构特征、尺寸参数和技术要求图线类型、比例选择、视图配置都有严格规定圆柱齿轮的基本画法主视图绘制俯视图绘制显示齿轮的轮廓形状和齿形特征，是最表现齿轮的圆形结构和内部特征，如键重要的视图槽、安装孔等简化表示剖视图绘制采用简化画法提高绘图效率，满足工程清楚显示齿轮的内部结构和材料分布需要直齿圆柱齿轮主视图绘制轮盘轮毂绘制用粗实线绘制轮盘和轮毂的轮廓，体现齿轮的基本结构形状齿形表示方法齿顶用粗实线，齿根用细实线，齿形简化为矩形表示分度圆表示分度圆用细点画线表示，是齿轮计算和测量的基准重要圆的绘制齿顶圆用粗实线，齿根圆用细实线，确保图形清晰易读直齿圆柱齿轮俯视图绘制轮毂孔及键槽轻量化结构安装孔绘制准确绘制中心孔和键槽的对于大型齿轮，需要表示标明螺栓孔、销孔等连接位置、尺寸，这些是齿轮减重孔、腹板等轻量化结用孔的位置和规格这些安装和定位的关键特征构这些结构既能减轻重孔的精确定位对齿轮的装键槽的绘制要符合标准规量，又能节约材料成本配精度至关重要范尺寸标注要点合理标注各部分尺寸，包括孔径、孔距、键槽尺寸等标注要清晰、完整，便于加工和检验齿轮剖视图的特殊规定轮毂剖视规则轮辋与加强筋轮毂部分按实体绘制剖面线，剖面线方向与轴线成45°角剖面轮辋部分的剖视要显示其厚度和形状特征加强筋在剖视图中不线间距要均匀，线型要清晰，体现材料的实体特征画剖面线，而是用轮廓线表示，这是机械制图的特殊规定轮毂的剖视图要准确反映其壁厚和内部结构，为加工制造提供准剖视图中的轮齿仍采用不剖的画法，用轮廓线表示齿形，保持图确的几何信息形的清晰性和可读性斜齿轮的绘制方法主视图特殊处理斜齿轮主视图中，齿顶线和齿根线要表现出螺旋特征，通过倾斜的线条体现齿线的螺旋角度螺旋角表示在技术要求中标注螺旋角β的数值和方向，并在图中用符号清楚表示螺旋的左旋或右旋特征螺旋方向表示采用标准符号表示螺旋方向，左旋用LH表示，右旋用RH表示，确保加工时方向正确与直齿轮的区别除了螺旋特征外，其他绘制方法基本相同，但要特别注意轴向尺寸和螺旋角的准确表达锥齿轮的绘制方法顶角表示准确绘制锥齿轮的顶角节圆锥角标明节圆锥角的数值齿形特征表现锥形齿的形状特点特殊标注4锥齿轮的专用尺寸标注锥齿轮的绘制需要特别注意锥形特征的表达顶角和节圆锥角是关键参数，齿形在锥面上的表示要准确反映其几何特征半剖视图常用于表现锥齿轮的内外部结构，使图形更加直观明了蜗杆与蜗轮的绘制蜗杆螺旋表示蜗杆的螺旋齿用螺旋线表示，要准确反映导程角和螺旋方向，体现其如螺纹般的连续螺旋特征蜗轮特殊形状蜗轮呈鼓形或环面形状，齿形要表现出与蜗杆啮合的包络特征，侧视图要显示其弧形轮廓啮合位置表示在装配图中要准确表示蜗杆与蜗轮的啮合位置关系，确保中心距和传动角度的正确性齿轮啮合的规定画法啮合位置确定精确确定两齿轮的中心距和相对位置接触线表示用特定线型表示齿轮的啮合线啮合区域处理合理表现齿轮啮合的重叠区域中心距保证确保标准中心距的准确性齿轮啮合的绘制要严格按照制图标准执行两个啮合齿轮的分度圆相切，齿顶圆和齿根圆要正确表示相互关系啮合区域的处理要清晰明了，便于理解传动原理齿轮啮合绘制注意事项精确中心距严格按计算值绘制传动比关系确保齿数比例正确啮合表示合理表示轮齿啮合避免错误防止常见绘制错误齿轮啮合绘制的常见错误包括中心距不准确、传动比关系错误、啮合位置不当等要特别注意分度圆的相切关系，齿顶圆不能相交，齿根圆之间要有适当间隙正确的绘制方法有助于设计验证和加工指导系统中的齿轮绘制CAD现代CAD系统为齿轮设计提供了强大的工具支持专业齿轮设计软件如KISSsoft、Romax等能够进行精确的齿轮计算和建模参数化设计方法使得齿轮修改更加便捷，三维建模与二维工程图可以自动关联更新标准件库的使用大大提高了设计效率，确保了设计的标准化和规范化第五部分齿轮装置设计3-5设计阶段从概念到详细设计的完整流程80%设计效率合理设计可提高传动效率10-50传动比范围常见齿轮装置的传动比范围年20设计寿命优质齿轮装置的预期使用年限齿轮装置设计是一个综合性的工程过程，需要考虑传动比、载荷分布、润滑方式、装配工艺等多个因素良好的设计不仅能满足功能要求，还能优化成本、提高可靠性和延长使用寿命减速器设计基础减速比确定轴系布局根据工况需求合理分配各级减速比，平设计合理的轴系布局方案，考虑空间限衡尺寸和效率制和装配要求轴承选择齿轮选型计算根据载荷特点选择合适类型和规格的轴进行齿轮的强度计算和几何设计，选择承合适的材料变速箱设计要点变速箱类型传动方案设计手动变速箱采用滑移齿轮或同步确定各挡位的传动路径和传动器换挡机构，结构相对简单自比，平衡动力性和经济性要考动变速箱使用行星齿轮系和液力虑齿轮的合理搭配，避免尺寸过变矩器，换挡平顺但结构复杂大或强度不足换挡与润滑系统换挡机构要保证可靠换挡和防止误操作润滑冷却系统设计要确保齿轮充分润滑和有效散热，延长使用寿命。