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齿轮机械原理

学习目标齿轮传动原理理解齿轮传动的基本概念和工作原理。齿轮设计方法掌握齿轮参数的计算方法，并能进行齿轮的强度计算和材料选择。齿轮传动应用了解不同类型齿轮传动的特点和应用场景。

绪论齿轮是机械传动中应用最广泛的传动机构之一。它具有结构紧凑、传动效率高、承载能力强、传动比稳定等优点，被广泛应用于各种机械设备中。本课程主要介绍齿轮机械的**基本理论、设计方法**和应用，为学生打下齿轮传动系统设计和应用的基础。

齿轮基本概念定义齿轮是一种用于传递运动和动力的机械零件，通过齿的啮合实现运动和动力的传递，广泛应用于各种机械设备中。分类根据齿轮的形状、齿形和轴线位置，齿轮可分为多种类型，例如平齿轮、斜齿轮、蜗轮蜗杆等。优点齿轮传动具有传动效率高、结构紧凑、传动比稳定等优点，是机械传动中应用最广泛的传动方式。

齿轮参数模数齿数齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径

几何特性齿轮的几何特性决定了齿轮的啮合性能、强度和传动效率。主要包括齿形、齿数、模数、压力角、齿顶高、齿根高、齿厚、齿宽等。

工作过程1齿轮啮合两个齿轮的齿廓相互接触并传递运动和功率的过程，称为齿轮啮合。2啮合线齿轮啮合过程中，两齿廓始终保持接触的线，称为啮合线。3啮合点啮合线上的任何一点，称为啮合点。4接触应力齿轮啮合过程中，齿廓之间的接触压力，称为接触应力。5弯曲应力齿轮啮合过程中，齿根处的弯曲压力，称为弯曲应力。

齿轮啮合条件中心距齿轮中心距是指两个齿轮中心之间的距离，它决定了齿轮啮合的深度和传动比。齿廓形状齿廓形状决定了齿轮啮合的平滑度和传递动力的效率，常用的齿廓形状有渐开线齿廓和圆弧齿廓。齿数齿数决定了齿轮的尺寸和传动比，齿数越多，齿轮的尺寸越大，传动比越低。模数模数是齿轮的基本参数，它决定了齿轮的尺寸和齿距，模数越大，齿轮的尺寸越大，齿距越宽。

齿轮啮合力1法向力齿面间相互作用的力的法向分力。2切向力齿面间相互作用的力的切向分力，用于传递转矩。3径向力齿面间相互作用的力的径向分力，造成轴承的径向负荷。

齿轮的强度计算1弯曲强度齿轮齿根处的弯曲应力。2接触强度齿轮齿面上的接触应力。3疲劳强度齿轮在反复载荷下的抗疲劳能力。

接触应力计算概念齿轮啮合时，齿面之间产生的压力，称为接触应力。重要性接触应力是影响齿轮寿命的关键因素，过高的接触应力会导致齿面疲劳失效。计算方法常用赫兹接触应力公式计算，考虑材料特性、载荷和几何形状。

弯曲应力计算1公式弯曲应力计算公式2因素影响弯曲应力的因素3强度弯曲强度计算

齿轮材料和热处理材料选择齿轮材料的选择取决于传动功率、转速、工作条件等因素。常见的齿轮材料包括碳钢、合金钢、铸铁、塑料等。热处理热处理可以提高齿轮的强度、硬度和耐磨性，延长齿轮的使用寿命。表面硬化齿轮表面硬化可以提高齿轮的抗磨损能力，延长使用寿命。

齿轮表面硬化1提高齿面硬度增强齿轮的耐磨性和抗疲劳性能，延长齿轮的使用寿命。2改善齿面接触特性降低齿面磨损和点蚀的可能性，提高传动精度和效率。3提高齿轮的承载能力在相同尺寸下，硬化后的齿轮可以承受更大的负荷。

齿轮润滑降低摩擦润滑油可以有效降低齿轮间的摩擦，减少磨损，延长齿轮的使用寿命。散热润滑油可以带走齿轮运行产生的热量，防止齿轮过热，提高传动效率。防锈润滑油可以形成一层油膜，保护齿轮表面免受腐蚀，延长其使用寿命。

齿轮传动效率

齿轮传动系统汽车变速箱齿轮传动系统在汽车变速箱中广泛应用，实现不同速度和扭矩的传递，提高车辆的效率和性能。工业机械齿轮传动系统在各种工业机械中发挥着重要作用，例如风力发电机、挖掘机、起重机等，驱动机械完成复杂的任务。自行车传动自行车传动系统使用齿轮传动原理将骑手的踩踏力量传递到车轮，实现有效的前进，提供不同的骑行档位选择。

平齿轮传动1结构简单易于加工和制造2承载能力强适用于高负荷工况3传动平稳噪音低，运行可靠平齿轮传动是最常见的齿轮传动形式之一，它具有结构简单、承载能力强、传动平稳等优点，广泛应用于各种机械设备中。

斜齿轮传动优点传动平稳承载能力强噪音低应用广泛应用于各种机械设备，例如汽车变速箱、机床主轴等。种类直齿斜齿轮人字齿轮

蜗杆传动1结构紧凑传动比大2承载能力强传动平稳3噪音低传动效率高

锥齿轮传动1轴线相交锥齿轮轴线相交于一点，实现轴线非平行传动2锥形齿面齿面为锥形，接触线为圆锥曲线3应用广泛汽车、机床等多种机械设备中应用

内啮合齿轮传动1结构特点内啮合齿轮传动是指两个齿轮的齿廓相互啮合，其中一个齿轮的齿廓在另一个齿轮的齿廓内侧。2优点传动比大、传动平稳、结构紧凑、占地面积小。3应用广泛应用于精密机械、航空航天、汽车等领域。

行星齿轮传动结构紧凑占地面积小，重量轻，适用于空间有限的场合。传动比大可以实现较大的传动比，适用于需要大减速比的场合。承载能力强由于多个齿轮参与传动，可以承受更大的