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机械设计基础课件齿轮机构H

目录

contents

齿轮机构概述

齿轮机构基本原理

齿轮机构设计方法与步骤

常见齿轮机构类型及特点

齿轮机构应用实例分析

齿轮机构发展趋势与挑战

01

齿轮机构概述

齿轮机构是由两个或多个齿轮组成，通过轮齿间的啮合传递运动和动力的机械传动装置。

定义

根据齿轮轴线相对位置的不同，齿轮机构可分为平行轴齿轮机构、相交轴齿轮机构和交错轴齿轮机构。

分类

早在古代，人们就开始使用木制或石制的齿轮进行简单的机械传动。

古代时期

随着工业革命的兴起，金属加工技术的进步促进了齿轮机构的快速发展，出现了各种高精度、高效率的齿轮传动装置。

工业革命时期

随着计算机技术和先进制造技术的不断发展，现代齿轮机构设计更加精确、制造更加精细，应用领域也更加广泛。

现代时期

02

齿轮机构基本原理

定义传动比

主动齿轮转速与从动齿轮转速之比。

传动比计算公式

i=n1/n2=z2/z1，其中n1、n2为主、从动齿轮转速，z1、z2为主、从动齿轮齿数。

两齿轮的模数和压力角必须相等。

啮合条件

啮合过程

啮合特点

主动齿轮的齿根推动从动齿轮的齿顶，实现动力传递。

齿轮传动具有恒定的传动比，且传动平稳、噪音小、效率高。

03

02

01

根据齿轮的啮合原理，分析齿轮受到的径向力、圆周力和轴向力。

受力分析

根据齿轮的受力情况，进行齿面接触强度和齿根弯曲强度计算。

强度计算

在满足强度要求的前提下，尽量减小齿轮的尺寸和重量，提高传动的效率和可靠性。

设计准则

03

齿轮机构设计方法与步骤

选择齿轮参数

根据设计目标，选择合适的齿轮模数、齿数、压力角等参数。

确定设计目标

明确齿轮机构的使用场合、传递功率、转速等要求。

确定齿轮精度等级

根据使用要求和制造成本，选择合适的齿轮精度等级。

1

2

3

适用于平行轴之间的传动，具有结构简单、制造方便等优点，但承载能力相对较低。

圆柱齿轮

适用于相交轴之间的传动，具有结构紧凑、传动比稳定等优点，但制造和安装精度要求较高。

圆锥齿轮

适用于交错轴之间的传动，具有传动比大、结构紧凑等优点，但效率相对较低，且制造精度要求较高。

蜗杆蜗轮

03

优化设计

在满足基本设计要求的前提下，对齿轮机构进行优化设计，如减小体积、减轻重量、提高传动效率等。

01

设计计算

根据选定的齿轮参数和类型，进行齿轮的几何尺寸计算、强度校核等。

02

校核过程

对设计计算结果进行校核，包括齿面接触强度校核、齿根弯曲强度校核等，确保齿轮机构满足使用要求。

04

常见齿轮机构类型及特点

圆锥齿轮机构适用于相交轴之间的传动，具有较大的传动比和较紧凑的结构。

相交轴传动

圆锥齿轮也可分为直齿、斜齿及曲线齿等不同类型，以满足不同传动需求。

直齿、斜齿及曲线齿

圆锥齿轮在传动过程中会产生较大的轴向力，需特别注意轴承的选用和轴向定位。

轴向力承载

蜗杆蜗轮机构主要用于垂直轴之间的传动，具有较大的传动比和自锁功能。

垂直轴传动

蜗杆和蜗轮的齿形为螺旋形，可实现连续、平稳的传动。

螺旋齿形

蜗杆蜗轮机构传动效率高，噪音低，适用于各种高精度、低噪音要求的场合。

高效率与低噪音

05

齿轮机构应用实例分析

实现变速功能

通过不同大小齿轮的组合，改变输出转速和扭矩，满足汽车不同行驶条件下的动力需求。

实现关节运动

采用高精度齿轮和优质轴承等元件，提高工业机器人关节处的运动精度和稳定性。

提高运动精度

实现力传递和放大

通过齿轮机构的力传递和放大作用，使工业机器人能够承受更大的负载和完成更复杂的任务。

通过齿轮机构将电机的旋转运动转化为关节的往复摆动或旋转运动，实现工业机器人的各种动作。

在航空航天器中，齿轮机构被广泛应用于发动机、传动系统和起落架等部件中，实现动力的传输和分配。

实现动力传输

航空航天器对传动效率的要求非常高，因此采用高精度、高效率的齿轮机构是非常重要的。

提高传动效率

为了满足航空航天器对轻量化的要求，齿轮机构通常采用高强度、轻质的材料制造，并进行优化设计以降低重量。

实现轻量化设计

06

齿轮机构发展趋势与挑战

高性能

随着现代机械装备对传动性能要求的提高，齿轮机构需要具备更高的传动效率、更低的噪音和更小的振动。

高精度

高精度是齿轮机构发展的重要方向，包括齿轮齿形的精度、齿轮传动的运动精度和动力精度等。

高可靠性

齿轮机构作为机械装备的关键部件，需要具备高可靠性和长寿命，以保证整个装备的稳定运行。

微型化

01

随着微电子技术和微纳制造技术的发展，微型齿轮机构的应用范围不断扩大，如微型机器人、微型飞行器等领域。

轻量化

02

轻量化是齿轮机构发展的重要方向之一，通过采用轻质材料和优化结构设计，可以降低齿轮机构的重量和体积。

集成化

03

集成化是将多个功能部件集成在一个齿轮机构中，实现多功能化和紧凑化，提高空间利用率和传