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机械设计基础第五章轮系

轮系概述与分类轮系基本参数与计算齿轮啮合原理与失效形式减速器设计及优化方法轴承、联轴器和密封件在轮系中应用实验验证与故障诊断技术contents目录

01轮系概述与分类

轮系是由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系统，用于传递运动和动力。轮系定义轮系可以实现减速、增速、变向和分配动力等功能，广泛应用于各种机械传动中。轮系作用轮系定义及作用

所有齿轮的轴线都固定不动，具有结构简单、传动效率高等特点。定轴轮系行星轮系混合轮系至少有一个齿轮的轴线绕其他齿轮的轴线转动，具有结构紧凑、承载能力大等特点。由定轴轮系和行星轮系组合而成，兼具两者的特点，适用于复杂传动要求。030201轮系类型与特点

应用领域及案例分析工业领域轮系广泛应用于机床、汽车、航空航天等工业领域，实现各种复杂的传动要求。交通领域汽车变速器、船舶推进系统等均采用了轮系传动，实现了高效、平稳的动力传输。案例分析例如，汽车自动变速器中的行星齿轮机构，通过不同的组合方式实现不同的档位和传动比，满足汽车在各种行驶条件下的动力需求。

02轮系基本参数与计算

模数压力角齿数齿形齿轮基本参数介示齿轮尺寸大小的基本参数，决定了齿轮的齿距和齿高。齿轮啮合时，齿廓曲线在任一点处的法线与该点速度方向所夹的锐角。齿轮上的每一个用于啮合的凸起部分，通常每一个凸起部分后面都会有稍凹下去部分。齿轮的齿廓形状，通常有渐开线齿形、摆线齿形等。

传动比是机构中两转动构件角速度的比值，也称速比。定义传动比=从动轮齿数/主动轮齿数=主动轮转速/从动轮转速。计算公式传动比可用于计算齿轮的转速、扭矩等参数，是机械设计中重要的计算依据。应用传动比计算方法

在功率一定的情况下，转速与扭矩成反比关系，即转速越高，扭矩越小；反之，转速越低，扭矩越大。转速与扭矩的关系齿轮的模数、齿数、压力角等参数均会影响转速和扭矩的关系。影响因素在机械设计中，需要根据实际需求选择合适的齿轮参数，以达到所需的转速和扭矩要求。应用转速和扭矩关系分析

03齿轮啮合原理与失效形式

齿轮啮合是指两个或多个齿轮在传动过程中，通过轮齿的相互接触和滚动来实现运动和动力的传递。齿轮啮合定义为了保证齿轮能够正确啮合，需要满足一定的条件，如模数相等、压力角相等以及齿轮的齿数比等。啮合条件齿轮啮合过程中，主动齿轮通过轮齿的推动使从动齿轮转动，同时伴随着齿面间的相对滑动和滚动。啮合过程齿轮啮合基本原理

由于齿面间的相对滑动和摩擦，导致齿面磨损，预防措施包括提高齿面硬度、降低表面粗糙度以及采用合适的润滑剂等。齿面磨损在高速重载的齿轮传动中，由于齿面接触应力过大，导致齿面出现点蚀现象，预防措施包括提高齿面强度、降低表面应力集中以及优化齿轮几何参数等。齿面点蚀当齿轮受到过大的冲击载荷或交变应力时，可能导致齿根断裂，预防措施包括提高齿根弯曲强度、优化齿轮结构以及避免过大的冲击载荷等。齿根断裂常见失效形式及预防措施

齿轮材料的选择应综合考虑其力学性能、工艺性能以及经济性等因素，常用的齿轮材料包括碳素钢、合金钢、铸铁以及非金属材料等。材料选择齿轮在加工过程中需要进行热处理以提高其力学性能和耐磨性，常见的热处理工艺包括淬火、回火、渗碳、氮化等。通过合理的热处理工艺可以显著提高齿轮的使用寿命和传动效率。热处理工艺齿轮材料选择与热处理工艺

04减速器设计及优化方法

传动比要求承载能力精度要求空间限制减速器类型选择依据根据机械系统所需传动比范围，选择适合的减速器类型，如行星齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器等。对于需要高精度传动的机械系统，应选择传动误差小、稳定性好的减速器类型。考虑减速器所需承受的扭矩、转速等载荷条件，选择具有足够承载能力的减速器。根据机械系统整体布局和安装空间要求，选择尺寸合适的减速器。

合理设计齿轮的模数、齿数、压力角等参数，以满足传动要求和强度要求。齿轮参数设计轴系结构设计箱体结构设计润滑与冷却确保轴系具有足够的刚度和强度，合理布置轴承和密封件，防止润滑油泄漏。设计合理的箱体结构，确保减速器整体刚性和密封性，便于安装和维护。根据减速器工作条件，选择合适的润滑方式和冷却方式，确保减速器正常工作温度。结构设计要点和注意事项

通过优化齿轮参数、降低轴承摩擦等措施，提高减速器的传动效率。传动效率优化采用合适的齿轮修形、减振隔振等技术手段，降低减速器的噪声和振动水平。噪声与振动控制加强减速器的密封设计、选用高质量材料、提高制造工艺水平等措施，提高减速器的可靠性和使用寿命。可靠性提升在满足传动性能和强度要求的前提下，采用轻量化设计理念和方法，减小减速器的体积和重量。轻量化设计性能优化策略探讨

05轴承、联轴器和密封件在轮系中应用

轴承类型选择及安装要求轴承类型根据轮系的工作条件和要求，选择适合的轴承类型，如深沟球轴承、圆柱滚子轴承、