第二阶段低速级齿轮设计.docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

第二阶段低速级齿轮设计

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

第二阶段低速级齿轮设计

摘要：本文针对第二阶段低速级齿轮设计进行了深入研究。首先，对齿轮设计的基本原理和设计方法进行了综述，分析了齿轮设计的关键因素。其次，针对第二阶段低速级齿轮的特点，提出了相应的齿轮设计参数和计算方法。然后，基于有限元分析软件对齿轮进行了强度校核和齿面接触疲劳分析，验证了设计方案的可行性。最后，通过对齿轮的实际应用案例进行分析，验证了所提出的设计方法的有效性。本文的研究成果对于提高齿轮设计水平、降低齿轮故障率具有重要意义。

前言：齿轮作为机械传动系统中的一种重要部件，其设计质量直接影响到整个系统的性能和寿命。随着工业技术的不断发展，齿轮的应用范围越来越广，对齿轮设计的要求也越来越高。第二阶段低速级齿轮在许多机械传动系统中扮演着关键角色，因此对其进行深入研究具有重要的实际意义。本文旨在探讨第二阶段低速级齿轮的设计方法，以提高齿轮设计的可靠性和效率。

第一章齿轮设计概述

1.1齿轮设计的基本原理

齿轮设计的基本原理是确保机械传动系统高效、可靠运行的关键。首先，齿轮的啮合原理是齿轮设计的基础。根据阿基米德原理，齿轮啮合时，两齿轮的齿顶接触点所形成的公切线即为啮合线。啮合线上的点称为啮合点，其运动轨迹决定了齿轮的传动比和速度。例如，在汽车变速箱中，通过调整齿轮的齿数，可以改变啮合点在齿轮上的位置，从而实现不同档位的切换。

其次，齿轮的几何设计是确保齿轮啮合稳定性和齿轮强度的重要环节。齿轮的几何参数包括模数、压力角、齿数等，这些参数直接影响齿轮的传动性能和承载能力。模数是齿轮几何尺寸的基本度量单位，通常取值范围为1至10。压力角是齿轮齿面与啮合线之间的夹角，通常取值范围为20至30度。齿数是齿轮上齿的数量，其选择需考虑齿轮的承载能力和传动比。例如，在工业齿轮箱中，通常根据工作条件和使用要求，选择合适的模数和齿数，以确保齿轮的承载能力和传动效率。

最后，齿轮的材料选择和热处理工艺对齿轮的性能具有决定性影响。齿轮材料应具备足够的强度、硬度和耐磨性，以保证齿轮在长时间运行中不易发生疲劳破坏。常用的齿轮材料有碳钢、合金钢、铸铁等。热处理工艺则用于改善齿轮的机械性能，如淬火、回火等。例如，在高速齿轮箱中，为了提高齿轮的耐磨性和抗疲劳性能，通常采用渗碳淬火工艺，使齿轮表面硬度达到58-62HRC，心部硬度达到35-45HRC。

齿轮设计还需考虑其他因素，如齿轮的制造精度、装配精度和润滑条件等。制造精度和装配精度对齿轮的啮合质量、传动平稳性和齿轮寿命具有重要影响。润滑条件则直接关系到齿轮的磨损和温度升高。通过合理选择齿轮设计参数、材料、热处理工艺以及润滑条件，可以显著提高齿轮传动系统的性能和可靠性。

1.2齿轮设计的主要参数

齿轮设计的主要参数包括模数、齿数、压力角、齿宽、齿高、齿厚等，这些参数共同决定了齿轮的几何形状和承载能力。

(1)模数是齿轮设计中最重要的参数之一，它定义了齿轮的尺寸和强度。模数的选择取决于齿轮的传动比和所需的承载能力。例如，在农业机械中，模数通常选择在2.5至8之间，以保证齿轮的强度和耐磨性。在高速齿轮箱中，模数可能需要减小到1.5至2，以降低噪声和提高效率。

(2)齿数是齿轮上齿的数量，它决定了齿轮的传动比和齿轮的尺寸。齿轮的齿数通常与模数相匹配，以确保齿轮的强度和啮合质量。在齿轮箱设计中，齿数的选取需要考虑传动比、齿轮的尺寸和齿轮的承载能力。例如，在汽车变速箱中，第一档齿轮的齿数通常大于第二档，以提供更大的传动比。

(3)压力角是齿轮齿面与法线之间的夹角，它影响着齿轮的传动性能和制造难度。标准压力角通常为20度，但有时也会根据具体应用进行调整。例如，在高速精密齿轮中，压力角可能会增加到30度，以提高齿轮的接触强度和耐磨性。在齿轮设计时，压力角的选取应综合考虑齿轮的承载能力和加工工艺。

1.3齿轮设计方法

(1)齿轮设计方法通常包括以下步骤：首先，根据机械传动系统的要求和性能指标，确定齿轮的传动比、转速、负载和材料等参数。然后，选择合适的齿轮类型和设计参数，如模数、齿数、压力角等。接着，进行齿轮的几何设计，计算齿轮的尺寸和齿形，确保齿轮的啮合质量。以汽车变速箱为例，齿轮设计需要考虑到汽车的最高车速、最大扭矩和齿轮的耐磨性等因素。

(2)在齿轮设计过程中，有限元分析（FEA）是一种常用的计算方法。通过FEA可以预测齿轮在运行过程中的应力分布、齿面接触疲劳和振动情况。例如，在设计齿轮时，可以使用FEA软件模拟齿轮在特定载荷下的应力状态，从而优化齿轮的齿形和材料选择。这种方法的实施有助于提高齿轮的承载