齒輪及齒輪箱課程簡介本課程旨在為學生提供關于齒輪和齒輪箱的全面知識體系。從齒輪傳動的基本概念入手，深入剖析各種齒輪的特性與應用，并詳細講解齒輪的幾何參數、材料選擇、制造工藝及精度要求。課程還將涵蓋齒輪箱的組成、設計、維護及常見故障排除，旨在培養學生解決實際工程問題的能力。課程目標1掌握齒輪傳動的基本原理理解齒輪傳動的工作原理、傳動比、效率等基本概念，為后續學習打下堅實基礎。2熟悉各種齒輪的特性與應用了解正齒輪、斜齒輪、錐齒輪、蝸輪蝸桿等各種齒輪的結構特點、優缺點及適用場合。3了解齒輪的幾何參數、材料選擇、制造工藝及精度要求掌握齒輪設計所需的基本參數，熟悉常用齒輪材料的性能要求，了解齒輪制造工藝及精度控制方法。掌握齒輪箱的組成、設計、維護及常見故障排除齒輪傳動的基本概念傳遞動力齒輪傳動是利用齒輪的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動方式，廣泛應用于各種機械設備中。改變速度通過改變齒輪的齒數比，可以實現變速、增速或減速的功能，滿足不同工況的需求。改變方向齒輪傳動可以改變動力傳遞的方向，實現軸之間的不同角度的傳動，例如直角傳動等。齒輪的類型正齒輪齒向與軸線平行，適用于平行軸之間的傳動，結構簡單，制造方便。斜齒輪齒向與軸線傾斜，適用于平行軸之間的傳動，傳動平穩，噪音低，承載能力高。錐齒輪用于相交軸之間的傳動，齒面為錐形，可以實現直角傳動。蝸輪蝸桿用于不相交但也不平行的軸之間的傳動，可以實現較大的傳動比，結構緊湊。正齒輪結構特點齒向與軸線平行，齒形為漸開線，結構簡單，制造方便，成本低廉。傳動特性傳動效率較高，適用于低速、重載的場合，但傳動平穩性較差，噪音較大。應用場合廣泛應用于各種機械設備中，如減速器、變速箱、機床等。斜齒輪1結構特點齒向與軸線傾斜，齒形為漸開線，結構相對復雜，制造精度要求較高。2傳動特性傳動平穩性好，噪音低，承載能力高，適用于高速、重載的場合。3應用場合廣泛應用于汽車、航空航天等領域，如汽車變速箱、飛機發動機等。人字齒輪結構特點由兩個旋向相反的斜齒輪組合而成，齒向呈人字形，結構復雜，制造難度大。傳動特性能夠消除軸向力，傳動平穩性極佳，噪音極低，承載能力極高。應用場合主要應用于高速、重載、對傳動平穩性要求極高的場合，如汽輪機、大型壓縮機等。錐齒輪結構特點齒面為錐形，用于相交軸之間的傳動，結構相對復雜，制造精度要求較高。1傳動特性可以實現直角傳動，傳動效率較高，但傳動平穩性較差，噪音較大。2應用場合廣泛應用于各種機械設備中，如汽車差速器、機床等。3蝸輪蝸桿1結構特點蝸桿為螺旋狀，蝸輪為齒輪狀，用于不相交但也不平行的軸之間的傳動，結構緊湊。2傳動特性可以實現較大的傳動比，傳動平穩性好，但傳動效率較低，易發熱。3應用場合廣泛應用于各種機械設備中，如減速器、起重機等。齒輪的幾何參數1齒數2模數3壓力角齒輪的幾何參數是齒輪設計的基礎，包括齒數、模數、壓力角、齒頂高系數、頂隙系數、分度圓直徑、基圓直徑等。這些參數決定了齒輪的嚙合特性、傳動性能和承載能力。齒數定義齒數是指齒輪上齒的總數，是齒輪的基本參數之一，用符號z表示。作用齒數決定了齒輪的傳動比，齒數越多，傳動比越大，轉速越慢。選擇齒數的選擇需要綜合考慮傳動比、承載能力、傳動平穩性等因素。模數1定義模數是指齒輪上相鄰兩齒之間的齒距與圓周率的比值，是齒輪的基本參數之一，用符號m表示。2作用模數決定了齒輪的尺寸大小，模數越大，齒輪的尺寸越大，承載能力越強。3選擇模數的選擇需要綜合考慮承載能力、傳動精度、制造工藝等因素。壓力角定義壓力角是指齒輪嚙合線上壓力方向與齒輪分度圓切線方向之間的夾角，是齒輪的基本參數之一，用符號α表示。作用壓力角影響齒輪的嚙合力，壓力角越大，嚙合力越大，承載能力越強，但傳動效率越低。選擇常用的壓力角有20°和25°，選擇時需要綜合考慮承載能力、傳動效率、傳動平穩性等因素。齒頂高系數定義齒頂高系數是指齒頂高與模數的比值，用符號ha*表示。作用齒頂高系數影響齒輪的齒頂圓直徑，齒頂高系數越大，齒頂圓直徑越大，齒根強度越弱。選擇常用的齒頂高系數為1，選擇時需要綜合考慮齒根強度、齒頂圓直徑等因素。頂隙系數1定義頂隙系數是指齒頂隙與模數的比值，用符號c*表示。2作用頂隙系數影響齒輪的嚙合間隙，頂隙系數越大，嚙合間隙越大，傳動平穩性越好，但嚙合精度越低。3選擇常用的頂隙系數為0.25，選擇時需要綜合考慮傳動平穩性、嚙合精度等因素。分度圓直徑定義分度圓直徑是指齒輪上模數等于標準值的圓的直徑，是齒輪的基本參數之一，用符號d表示。計算分度圓直徑的計算公式為d=mz，其中m為模數，z為齒數。作用分度圓直徑決定了齒輪的尺寸大小，是齒輪設計的重要參數。基圓直徑定義基圓直徑是指形成漸開線的圓的直徑，是齒輪的基本參數之一，用符號db表示。1計算基圓直徑的計算公式為db=dcosα，其中d為分度圓直徑，α為壓力角。2作用基圓直徑是漸開線齒輪設計的重要參數，影響齒輪的嚙合特性。3齒輪材料的選擇1鋼2鑄鐵3塑料齒輪材料的選擇需要綜合考慮齒輪的性能要求、工作條件、制造成本等因素。常用的齒輪材料有鋼、鑄鐵、塑料等。不同的材料具有不同的性能特點，適用于不同的場合。齒輪材料的性能要求1強度2硬度3耐磨性齒輪材料需要具備足夠的強度、硬度、耐磨性、沖擊韌性、耐疲勞性等性能，以保證齒輪在工作過程中能夠承受載荷、抵抗磨損、防止斷裂。常用齒輪材料碳鋼常用的碳鋼有45鋼、50鋼等，強度和硬度較高，但耐磨性較差，適用于低速、輕載的場合。合金鋼常用的合金鋼有40Cr、42CrMo等，強度、硬度、耐磨性都較高，適用于高速、重載的場合。鑄鐵常用的鑄鐵有HT200、HT250等，減振性好，但強度較低，適用于低速、輕載、對減振性要求較高的場合。齒輪的制造工藝1切削加工包括滾齒、插齒、銑齒等，適用于大批量生產，但精度相對較低。2磨削加工適用于高精度齒輪的加工，精度高，表面光潔度好，但效率較低，成本較高。3熱處理包括淬火、回火、滲碳等，可以提高齒輪的強度、硬度和耐磨性。4表面處理包括噴丸、氮化等，可以提高齒輪的耐疲勞性和耐腐蝕性。齒輪的切削加工滾齒使用滾刀進行齒輪加工，效率高，適用于大批量生產。插齒使用插刀進行齒輪加工，適用于加工內齒輪和小模數齒輪。銑齒使用銑刀進行齒輪加工，適用于單件小批量生產。齒輪的磨削加工目的提高齒輪的精度和表面光潔度。方法包括成形磨削、展成磨削等。特點精度高，表面光潔度好，但效率較低，成本較高。齒輪的熱處理1淬火將齒輪加熱到一定溫度后迅速冷卻，提高齒輪的硬度和耐磨性。2回火將淬火后的齒輪加熱到一定溫度后冷卻，降低齒輪的脆性，提高齒輪的韌性。3滲碳將齒輪置于滲碳介質中加熱，使齒輪表面滲入碳原子，提高齒輪表面的硬度和耐磨性。齒輪的表面處理噴丸利用高速噴射的彈丸沖擊齒輪表面，提高齒輪的耐疲勞性。氮化將齒輪置于氮化介質中加熱，使齒輪表面滲入氮原子，提高齒輪表面的硬度和耐磨性。磷化在齒輪表面形成一層磷化膜，提高齒輪的耐腐蝕性和耐磨性。齒輪的精度齒形精度1齒向精度2徑向跳動3齒輪的精度是指齒輪的齒形精度、齒向精度、徑向跳動等誤差的大小，是齒輪的重要質量指標。齒輪的精度越高，傳動平穩性越好，噪音越小，承載能力越強。齒輪的精度等級11級22級33級齒輪的精度等級是指齒輪的精度高低，通常用數字表示，數字越小，精度越高。常用的齒輪精度等級有1級、2級、3級等。不同精度等級的齒輪適用于不同的場合。齒輪的檢驗1齒形2齒向3尺寸齒輪的檢驗是指對齒輪的齒形、齒向、尺寸等進行測量和檢查，以判斷齒輪是否符合設計要求。常用的齒輪檢驗方法有齒輪測量儀、齒輪跳動儀等。齒輪的潤滑潤滑油潤滑脂齒輪的潤滑是指在齒輪嚙合表面涂覆潤滑劑，以減少摩擦、降低磨損、降低噪音、延長壽命。常用的齒輪潤滑劑有潤滑油、潤滑脂等。不同的潤滑劑適用于不同的場合。齒輪潤滑的目的1減少摩擦2降低磨損3降低噪音4延長壽命齒輪潤滑的方式油浴潤滑噴油潤滑脂潤滑齒輪箱的組成箱體齒輪軸軸承齒輪箱的箱體1作用2材料3結構齒輪箱的齒輪類型材料精度齒輪箱的軸作用1材料2結構3齒輪箱的軸承1類型2作用3潤滑齒輪箱的密封1目的2類型3材料齒輪箱的潤滑系統類型作用維護齒輪箱的設計1強度計算2壽命計算3剛度計算4散熱計算齒輪箱的強度計算齒面接觸強度齒根彎曲強度齒輪箱的壽命計算S-N曲線可靠性齒輪箱的剛度計算1目的2影響3方法齒輪箱的散熱計算自然散熱強制散熱齒輪箱的噪聲控制齒輪精度1潤滑2減振3齒輪箱的安裝1基礎2對中3緊固齒輪箱的調試1空載2負載3振動齒輪箱的維護潤滑清潔檢查齒輪箱的常見故障1齒輪磨損2齒輪斷裂3軸承損壞4漏油齒輪箱的故障診斷振動分析油液分析齒輪箱的故障排除更換修理調整齒輪箱的應用1汽車2工業3其他齒輪箱在汽車上的應用變速箱差速器齒輪箱在工業上的應用減速機1增速機2齒輪箱在其他領域的應用1航空2船舶