$number{01}《機械設計基礎》教學課件主題10齒輪傳動2024-01-14匯報人：AA目錄齒輪傳動概述齒輪的幾何要素與參數齒輪傳動的嚙合原理齒輪傳動的強度計算齒輪的材料、熱處理與精度齒輪傳動的潤滑與密封齒輪傳動的設計實例與案例分析01齒輪傳動概述齒輪傳動是指通過兩個或多個齒輪的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動方式。定義根據齒輪軸線的相對位置，齒輪傳動可分為平行軸齒輪傳動、相交軸齒輪傳動和交錯軸齒輪傳動三類。分類齒輪傳動的定義與分類齒輪傳動具有傳動效率高、傳動比準確、結構緊湊、工作可靠、壽命長等優點。但同時也存在噪聲、振動和制造成本較高等缺點。齒輪傳動被廣泛應用于各種機械設備中，如汽車、機床、航空航天器、風力發電機等，用于實現變速、變向、分動和動力傳遞等功能。齒輪傳動的特點與應用應用特點123齒輪傳動的發展歷程現代階段隨著計算機技術和先進制造技術的發展，現代齒輪傳動設計更加精確、制造更加高效，同時新型材料和先進潤滑技術的應用也進一步提高了齒輪傳動的性能和使用壽命。初始階段早在古代，人們就開始使用木制或石制的齒輪來傳遞動力，但受材料和加工技術的限制，其性能和應用范圍有限。發展階段隨著金屬材料和加工技術的進步，齒輪傳動的性能和應用范圍得到了極大的提升。特別是工業革命以后，齒輪傳動開始被廣泛應用于各種機械設備中。02齒輪的幾何要素與參數齒形齒輪的齒形是指齒輪輪齒的形狀，常見的有漸開線齒形、擺線齒形和圓弧齒形等。其中，漸開線齒形因其傳動平穩、承載能力強等優點而應用廣泛。齒廓齒輪的齒廓是指齒輪輪齒的側面形狀，分為直齒廓和斜齒廓兩種。直齒廓的齒輪制造簡單，但傳動時會產生沖擊和噪聲；斜齒廓的齒輪傳動平穩，但制造較復雜。齒輪的齒形與齒廓模數齒輪的模數是表示輪齒大小的一個基本參數，用m表示。模數越大，輪齒越強壯，承載能力越強。標準模數系列已標準化，可根據需要選用。壓力角齒輪的壓力角是指在齒輪分度圓上，輪齒齒廓上任意一點的徑向線與該點的切線之間的夾角，用α表示。壓力角的大小對齒輪傳動的性能有很大影響，一般取標準值20°。齒輪的模數與壓力角為了改善齒輪傳動的性能，有時需要對齒輪進行變位處理。變位是指改變齒輪分度圓的位置，使得齒輪的實際齒形與理論齒形有所不同。變位變位系數是表示齒輪變位程度的一個參數，用x表示。變位系數可以是正數、負數或零，分別對應正變位、負變位和標準齒輪。通過選擇合適的變位系數，可以改善齒輪傳動的重合度、降低噪聲和振動等。變位系數齒輪的變位與變位系數03齒輪傳動的嚙合原理嚙合線固定壓力角恒定可分性漸開線齒廓的嚙合特性兩齒輪嚙合時，其嚙合線為一直線，且與兩齒輪基圓的內公切線重合。漸開線齒廓上任意點的壓力角均相等，使得傳動過程中受力情況穩定。兩個漸開線齒輪的中心距稍有變化時，其瞬時傳動比仍保持不變，具有良好的可分性。兩齒輪的模數必須相等，以確保齒輪副能夠正確嚙合。模數相等壓力角相等齒數匹配兩齒輪的壓力角也必須相等，以保證傳動過程中的受力均衡。兩齒輪的齒數需要匹配，以確保傳動比的準確性和穩定性。030201齒輪傳動的正確嚙合條件為保證齒輪傳動的連續性，其重合度應大于1，即同時參與嚙合的齒數應多于一對。重合度大于1齒輪副在傳動過程中應保持無側隙嚙合，以減小傳動誤差和噪音。無側隙嚙合齒面硬度應適中，既要保證耐磨性，又要避免過硬導致脆斷。適當的齒面硬度齒輪傳動的連續傳動條件04齒輪傳動的強度計算

齒輪傳動的受力分析圓周力Ft主動輪的圓周力方向與轉動方向相反，從動輪的圓周力方向與轉動方向相同。徑向力Fr對于外齒輪，徑向力指向各自的輪心；對于內齒輪，徑向力背向各自的輪心。軸向力Fa對于斜齒輪，軸向力沿軸線方向，可根據左右手法則確定。載荷系數K齒形系數YFα應力修正系數YSα許用彎曲應力[σF]齒輪傳動的彎曲強度計算考慮彎曲應力集中對輪齒應力的影響。根據齒輪材料、熱處理方式及工作條件等因素確定。考慮使用系數KA、動載系數KV、齒間載荷分配系數Kα及齒向載荷分布系數Kβ對輪齒應力的影響。與齒形有關的系數，可通過查表獲取。彈性系數ZE與材料彈性模量有關的系數。節點區域系數ZH考慮節點處齒廓形狀對接觸應力的影響。接觸疲勞許用應力[σH]根據齒輪材料、熱處理方式及工作條件等因素確定。載荷分擔系數KL對于多對齒同時嚙合的情況，考慮載荷在各對齒間的分配情況。齒輪傳動的接觸強度計算05齒輪的材料、熱處理與精度熱處理目的提高齒面硬度、耐磨性和疲勞強度。常用齒輪材料鋼、鑄鐵、有色金屬及合金等。熱處理方法滲碳淬火、調質處理、表面淬火等。齒輪的材料與熱處理根據使用要求，齒輪精度可分為多個等級，如6級、7級、8級等。精度等級齒輪的公差配合包括齒距累積公差、齒形公差、齒向公差等。公差配合在滿足使用要求的前提下，盡量選用較低的精度等級以降低制造成本。選用原則齒輪的精度等級與公差硬度齒面硬度是齒輪材料抵抗局部變形的能力，對于承受重載或沖擊載荷的齒輪，其硬度要求較高。影響因素齒輪的制造方法、材料、熱處理工藝等都會影響其表面粗糙度和硬度。表面粗糙度齒面粗糙度對齒輪傳動性能有很大影響，一般要求齒面粗糙度Ra值在0.8~3.2μm之間。齒輪的表面粗糙度與硬度06齒輪傳動的潤滑與密封齒輪傳動的潤滑方式與潤滑劑選擇潤滑方式根據齒輪傳動的特點和要求，可以選擇浸油潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等潤滑方式。潤滑劑選擇齒輪傳動常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂。選擇潤滑劑時，應考慮齒輪的材質、工作溫度、載荷大小等因素。齒輪傳動的密封方式主要有接觸式密封和非接觸式密封兩種。接觸式密封包括氈圈密封、皮碗密封等；非接觸式密封包括間隙密封、迷宮密封等。密封方式密封材料應具有耐油、耐磨、耐溫等特性，常用的密封材料有橡膠、塑料、金屬等。密封材料選擇齒輪傳動的密封方式與密封材料選擇調整與維護清洗與換油定期檢查齒輪傳動的維護與保養建議定期對齒輪傳動進行檢查，包括齒面磨損、齒輪嚙合情況、軸承磨損等。根據檢查結果，對齒輪傳動進行調整和維護，包括調整齒輪間隙、更換磨損件等。定期清洗齒輪箱并更換潤滑油，保證潤滑效果。07齒輪傳動的設計實例與案例分析設計步驟根據變速箱的輸入/輸出扭矩、轉速等參數，計算齒輪的模數、齒數等關鍵尺寸。進行齒輪的強度校核和疲勞壽命分析，確保設計滿足要求。設計背景：為滿足某型號汽車變速箱的高扭矩傳輸和高效能要求，進行齒輪設計。選擇合適的齒輪類型（如直齒、斜齒等）和材料。利用CAD軟件進行齒輪的三維建模和裝配檢查。010203040506設計實例：某型號汽車變速箱中的齒輪設計故障現象：某企業生產線上的齒輪傳動系統出現異響、振動和溫升異常。案例分析0302故障原因分析01案例分析齒輪材料選擇不當，不能滿足高負載工況要求。