《齿轮传动原理探讨》课件.pptVIP

齿轮传动原理探讨主讲人：张教授机械工程学院2023年秋季学期

课程内容目录基础理论齿轮定义与发展历史类型与参数齿轮分类及几何参数制造与维护材料选择与工艺流程应用与未来行业案例与发展方向

齿轮传动简介定义靠齿轮啮合传递动力与运动实现转速、扭矩变换的机械装置工业应用背景广泛应用于机械设备传动系统工业生产中不可替代的基础部件

齿轮传动的历史发展1古代木质齿轮应用于水车与起重装置2工业革命铸铁齿轮驱动纺织机与蒸汽机3现代制造计算机辅助设计与精密加工技术4未来发展新材料与智能制造技术应用

齿轮的基本构成要素齿轮体承载轮齿的基础结构轮齿实际传递载荷的工作部分齿形渐开线曲线保证等速传动轮毂与轴连接的内部结构

齿轮传动的基本概念速比输入轴与输出轴转速之比决定动力传递变换关系扭矩旋转力矩大小与传递方向反映载荷大小与功率动力传递机械能高效传递转换效率通常可达95%以上

齿轮的运动原理分析n?主动轮转速输入端角速度n?从动轮转速输出端角速度i传动比i=n?/n?=z?/z?v齿轮线速度v=ωr=πdn/60

齿轮啮合的基本条件共轭齿形满足等速传动要求啮合线接触点轨迹固定连续传动避免传动中断

齿轮的啮合原理渐开线齿形啮合过程中满足传动比恒定齿廓接触接触点沿啮合线移动基圆直径渐开线产生的基础圆压力角决定传递力的方向

齿轮几何参数

齿轮的主要工艺参数精度等级应用场景公差范围1-4级精密仪器±0.005mm5-7级汽车变速箱±0.01mm8-9级一般工业±0.05mm10-12级低速重载±0.1mm

齿轮传动的优缺点优点传动效率高结构紧凑传递功率大寿命长传动比稳定缺点制造精度要求高噪声振动明显维护要求高成本相对较高冲击载荷敏感

齿轮传动的主要类型平行轴圆柱齿轮、斜齿轮相交轴圆锥齿轮、面齿轮交错轴蜗杆蜗轮、螺旋齿轮特殊轴向齿条齿轮、曲面齿轮

圆柱齿轮平行轴主要用于平行轴传动普遍应用结构简单，应用最广泛噪声特点高速工况下噪声较大使用场景一般工业设备与低速设备

圆锥齿轮相交轴传动主要用于90°传动典型应用汽车差速器与转向系统制造难度制造与装配精度要求高

斜齿轮特点齿线与轴线成一定角度啮合平稳噪声低轴向力增加承载能力高优势应用高速传动系统精密设备要求低噪声场合汽车变速箱

齿条与小齿轮转向系统汽车方向盘旋转转化为车轮转向线性执行器将旋转运动精确转化为直线运动数控机床实现工作台精确定位与移动

内啮合齿轮结构特点外齿轮在内齿轮内部啮合行星机构构成行星齿轮减速机构空间优势实现大传动比的紧凑装置应用领域机器人关节与自动化设备

蜗杆与蜗轮传动特点大传动比，自锁性能交错轴线传动优势结构紧凑，传动平稳可获得很大减速比局限性磨擦损失大，效率低发热严重，需良好润滑

特殊齿轮类型

齿轮材料的选择原则载荷分析根据工作条件确定受力与疲劳要求材料选择根据强度、硬度等性能指标选择适合材料热处理工艺确定表面硬化或整体热处理方式综合评估考虑成本、可加工性与使用寿命

齿轮制造工艺流程毛坯制备锻造或铸造粗加工车削孔加工齿轮加工铣齿或插齿热处理淬火或渗碳精加工磨齿或研齿

齿面热处理与表面强化渗碳淬火表面高碳硬化层，心部保持韧性氮化处理形成极薄高硬度表层，变形小激光淬火局部快速加热冷却，精确控制表面强化喷丸处理，提高表面应力状态

齿轮精度与检测关键检测项目齿形误差齿向误差节圆误差径向跳动啮合误差检测设备齿轮测量中心轮廓测量仪万能测长机三坐标测量机啮合测试仪

齿轮失效模式磨损表面材料逐渐剥落点蚀表面疲劳引起凹坑断齿过载或冲击造成齿断裂

齿轮润滑与维护润滑目的减少磨损延长寿命润滑方式油浴、喷射、油雾维护周期定期检查与更换维护项目清洁、紧固、检测

齿轮传动的运动分析相对速度传递效率

齿轮啮合力学分析ε接触比平均啮合齿对数量Ft切向力传递扭矩的主要分力Fr径向力导致轴承额外载荷Fa轴向力斜齿轮特有分力

渐开线齿形的优越性等速传动保证传动比恒定制造方便直线刀具可加工曲线齿形中心距容差允许一定安装误差互换性好同模数齿轮可自由组合

齿轮模数与计算公式参数计算公式常用范围模数mm=d/z0.3~50mm分度圆直径dd=mz依据设计确定齿顶高haha=m标准齿1.0m齿根高hfhf=1.25m标准齿1.25m齿距pp=πm分度圆上相邻齿间距

齿数对啮合的影响齿数根切系数啮合效率

齿轮啮合比设计要点理论基础接触比ε表示平均啮合齿对数ε越大传动越平稳噪声越小影响因素齿顶圆直径、压力角大小基圆直径、中心距大小工程实践直齿轮ε≥1.2，斜齿轮ε≥1.5高速齿轮追求更大接触比

齿轮齿面接触分析赫兹接触应力啮合点接触应力集中齿根弯曲应力齿根截面最大拉应力接触路径分析优化接触线分布与长度

齿轮副间隙计算侧隙定义一对齿轮啮合时齿侧间隙保证润滑和热膨胀空间减小齿对运动干涉侧隙计算理论侧隙=实际中心距增