《齒輪機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)》課件

齒輪機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的核心組件，應(yīng)用廣泛，例如汽車、飛機(jī)和工業(yè)設(shè)備。齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)涉及多個(gè)關(guān)鍵因素，包括齒輪類型、齒數(shù)、模數(shù)、齒形等，需要綜合考慮傳動(dòng)效率、承載能力和噪音控制。齒輪機(jī)構(gòu)的定義和分類定義齒輪機(jī)構(gòu)是一種利用齒輪相互嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)裝置。分類齒輪機(jī)構(gòu)可分為按齒輪形狀分類、按齒輪排列方式分類、按傳動(dòng)比分類等。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、航空航天等領(lǐng)域，是現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中不可或缺的部件。齒輪的基本參數(shù)和尺寸參數(shù)尺寸單位齒數(shù)z個(gè)模數(shù)mmm齒頂高系數(shù)ha無量綱齒根高系數(shù)hf無量綱齒頂圓直徑damm齒根圓直徑dfmm齒輪的材料和熱處理材料選擇齒輪材料的選擇取決于其工作條件和要求。常見的齒輪材料包括鋼、鑄鐵、青銅和塑料。鋼是最常用的齒輪材料，因?yàn)樗哂懈邚?qiáng)度、硬度和耐磨性。鑄鐵價(jià)格低廉，易于加工，適用于低速、低負(fù)荷的齒輪。青銅具有良好的耐磨性，適合制造承受沖擊載荷的齒輪。塑料輕便耐腐蝕，但強(qiáng)度有限，主要用于低負(fù)荷的齒輪。熱處理熱處理是指通過控制加熱和冷卻過程來改變材料的顯微結(jié)構(gòu)，從而提高其機(jī)械性能。常見的熱處理工藝包括淬火、回火、表面處理等。淬火可以提高材料的硬度和強(qiáng)度，回火可以改善材料的韌性和耐沖擊性。表面處理可以提高材料的表面硬度和耐磨性。齒輪強(qiáng)度計(jì)算載荷分析分析齒輪傳遞的載荷，包括扭矩、徑向載荷和軸向載荷，確定齒輪承受的實(shí)際載荷。材料特性齒輪材料的強(qiáng)度等級(jí)、彈性模量和泊松比是強(qiáng)度計(jì)算的重要參數(shù)。齒形影響齒形參數(shù)，如齒高、齒寬和齒頂圓直徑，會(huì)影響齒輪的強(qiáng)度，需要在計(jì)算中考慮。工作條件齒輪的運(yùn)行速度、溫度、潤滑條件以及工作環(huán)境會(huì)影響齒輪的強(qiáng)度。計(jì)算方法常用的齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法包括接觸強(qiáng)度計(jì)算和彎曲強(qiáng)度計(jì)算，需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。接觸應(yīng)力計(jì)算齒輪接觸應(yīng)力是齒輪在嚙合過程中，齒面之間產(chǎn)生的壓力。接觸應(yīng)力的大小直接影響齒輪的強(qiáng)度和使用壽命。1赫茲接觸應(yīng)力公式計(jì)算接觸應(yīng)力的基礎(chǔ)公式2齒輪材料參數(shù)包括彈性模量、泊松比等3齒輪幾何參數(shù)包括齒寬、齒高、齒形角等4載荷條件包括徑向載荷、軸向載荷等接觸應(yīng)力計(jì)算需要考慮齒輪材料參數(shù)、齒輪幾何參數(shù)和載荷條件。計(jì)算結(jié)果可以用來判斷齒輪的強(qiáng)度是否滿足要求，并指導(dǎo)齒輪的設(shè)計(jì)和制造。彎曲應(yīng)力計(jì)算1齒根處彎曲應(yīng)力齒根處承受的最大彎曲應(yīng)力2計(jì)算公式根據(jù)齒輪的幾何參數(shù)和材料屬性3影響因素齒輪的尺寸、形狀、材料、載荷4安全系數(shù)確保齒輪在工作條件下安全齒輪強(qiáng)度校核1計(jì)算結(jié)果分析首先，要根據(jù)計(jì)算得到的齒輪強(qiáng)度參數(shù)，分析其是否滿足設(shè)計(jì)要求。2強(qiáng)度裕度計(jì)算強(qiáng)度裕度，以評(píng)估齒輪的安全性。強(qiáng)度裕度是指齒輪的實(shí)際強(qiáng)度與設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度之間的差值。3強(qiáng)度校核結(jié)論根據(jù)分析結(jié)果，確定齒輪是否滿足強(qiáng)度要求，并根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。齒輪傳動(dòng)的噪聲與振動(dòng)噪聲來源齒輪嚙合時(shí)的沖擊和摩擦是主要噪聲來源，齒輪精度、加工質(zhì)量、潤滑狀況等因素都會(huì)影響噪聲水平。振動(dòng)來源齒輪傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，會(huì)引起齒輪和軸承的振動(dòng)，影響傳動(dòng)精度和使用壽命。影響因素齒輪的精度、材料、熱處理、安裝精度、潤滑油質(zhì)量等因素都會(huì)影響噪聲和振動(dòng)。降低措施采用低噪聲齒輪、優(yōu)化齒形、提高加工精度、合理潤滑，可以有效降低噪聲和振動(dòng)。正齒輪的設(shè)計(jì)與制造精密加工正齒輪加工需要高精度的車床進(jìn)行精密切割和磨削，以確保齒輪的精度和耐用性。模具設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和制造用于齒輪加工的模具是關(guān)鍵步驟，它決定了齒輪的形狀和尺寸精度。組裝與測(cè)試加工完成的齒輪需要進(jìn)行嚴(yán)格的組裝和測(cè)試，確保齒輪的嚙合性能和傳動(dòng)效率。斜齒輪的設(shè)計(jì)與制造斜齒輪具有更高的承載能力和更低的噪音水平，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)方面，需要考慮齒輪的模數(shù)、壓力角、螺旋角等參數(shù)，并進(jìn)行強(qiáng)度校核和接觸應(yīng)力分析。制造方面，主要采用滾齒、插齒等方法加工，并進(jìn)行精加工和熱處理，以確保齒輪的精度和性能。錐齒輪的設(shè)計(jì)與制造錐齒輪是一種用于傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和扭矩的齒輪，其齒面為圓錐形。錐齒輪用于各種應(yīng)用，包括汽車、航空航天、工業(yè)設(shè)備等。錐齒輪的設(shè)計(jì)需要考慮齒輪的形狀、尺寸、材料、熱處理和加工工藝等因素。錐齒輪的制造工藝通常采用滾齒、銑齒或磨齒等方法。錐齒輪的設(shè)計(jì)與制造是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)，需要專業(yè)的知識(shí)和技能。蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與制造蝸桿傳動(dòng)是一種常見的機(jī)械傳動(dòng)形式，具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)蝸桿傳動(dòng)時(shí)，需要考慮蝸桿和蝸輪的材料、尺寸、形狀等因素。蝸桿傳動(dòng)的制造工藝主要包括蝸桿和蝸輪的加工、熱處理和裝配等步驟。蝸桿和蝸輪的加工精度對(duì)傳動(dòng)性能影響很大，需要采用精密的加工方法和設(shè)備。內(nèi)嚙合齒輪的設(shè)計(jì)與制造結(jié)構(gòu)特點(diǎn)內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，常用于大型機(jī)械設(shè)備。制造工藝內(nèi)嚙合齒輪的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，需采用精密加工技術(shù)，保證齒輪的精度和強(qiáng)度。應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)嚙合齒輪廣泛應(yīng)用于汽車變速箱、工業(yè)減速機(jī)、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域。行星齒輪的設(shè)計(jì)與制造行星齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、功率容量大，廣泛應(yīng)用于汽車變速箱、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。行星齒輪設(shè)計(jì)與制造涉及齒輪參數(shù)計(jì)算、強(qiáng)度校核、加工工藝選擇等，需要專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。葉片輪的設(shè)計(jì)與制造葉片輪設(shè)計(jì)葉片輪設(shè)計(jì)需要考慮流體動(dòng)力學(xué)原理，并根據(jù)工作條件進(jìn)行優(yōu)化，以提高泵效率和性能。制造工藝葉片輪的制造通常采用精密加工技術(shù)，包括車削、銑削、磨削等，以確保葉片形狀的精度和表面光潔度。安裝與調(diào)試葉片輪安裝需確保與軸的同心度和間隙，并進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)試，以保證泵的正常運(yùn)行。摩擦輪的設(shè)計(jì)與制造摩擦輪是一種通過摩擦力進(jìn)行傳動(dòng)的機(jī)械部件。它通常用于低速、高扭矩的場(chǎng)合。摩擦輪的設(shè)計(jì)需要考慮材料、尺寸、壓力、摩擦系數(shù)等因素。摩擦輪的制造過程包括材料選擇、加工、表面處理、裝配等步驟。摩擦輪的設(shè)計(jì)和制造需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整。例如，用于重型機(jī)械的摩擦輪需要使用強(qiáng)度高、耐磨的材料。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要使用專業(yè)的軟件進(jìn)行仿真分析，以確保摩擦輪的可靠性和安全性能。齒輪箱的設(shè)計(jì)11.功能需求確定齒輪箱的功能、功率、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)比、工作環(huán)境等。22.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選擇合適的齒輪類型、箱體結(jié)構(gòu)、軸承類型、密封方式等。33.潤滑設(shè)計(jì)根據(jù)工作環(huán)境選擇潤滑油類型、油量、油溫等。44.強(qiáng)度校核對(duì)齒輪、軸、軸承等進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保安全可靠。齒輪潤滑和冷卻1潤滑潤滑劑可以減少摩擦、降低磨損和溫度。2冷卻冷卻系統(tǒng)可以降低齒輪工作溫度，延長使用壽命。3潤滑方式齒輪潤滑方式包括油浴、油霧、油氣混合等。4冷卻方式齒輪冷卻方式包括風(fēng)冷、水冷、油冷等。齒輪加工工藝1切削加工齒輪加工中最常見的工藝，包括銑削、插齒、滾齒、磨齒等。采用不同的切削方法和刀具，可以實(shí)現(xiàn)不同精度和形狀的齒輪加工。2成形加工利用模具對(duì)齒輪進(jìn)行塑性變形或冷鐓加工，適用于小批量或特殊形狀齒輪的生產(chǎn)。3精密加工針對(duì)高精度要求的齒輪，需要進(jìn)行磨齒、珩磨等精密加工工藝，以提高齒輪的精度和表面質(zhì)量。齒輪檢驗(yàn)與測(cè)量齒輪檢驗(yàn)的重要性齒輪檢驗(yàn)是齒輪生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)。它確保齒輪的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，并能正常運(yùn)行。齒輪檢驗(yàn)的方法很多，包括幾何尺寸檢驗(yàn)、表面質(zhì)量檢驗(yàn)、材料性能檢驗(yàn)等。齒輪檢驗(yàn)的方法幾何尺寸檢驗(yàn)表面質(zhì)量檢驗(yàn)材料性能檢驗(yàn)動(dòng)態(tài)性能檢驗(yàn)齒輪測(cè)量儀器齒輪測(cè)量儀器用于測(cè)量齒輪的尺寸和形狀。常用的測(cè)量儀器包括齒輪測(cè)徑儀、齒輪測(cè)高儀、齒輪測(cè)厚儀等。一些先進(jìn)的儀器可以實(shí)現(xiàn)齒輪的自動(dòng)測(cè)量和分析。齒輪的失效分析斷裂疲勞斷裂或脆性斷裂，常發(fā)生在齒根或齒面。磨損齒面磨損，導(dǎo)致齒輪間隙增加，傳動(dòng)效率下降。點(diǎn)蝕齒面發(fā)生點(diǎn)蝕，導(dǎo)致表面粗糙，傳動(dòng)精度降低。過熱潤滑不良或負(fù)荷過大，導(dǎo)致齒輪過熱，造成潤滑油分解。齒輪國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀齒輪技術(shù)已發(fā)展百年，應(yīng)用廣泛。近年來，隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能制造的不斷發(fā)展，齒輪技術(shù)也取得了長足進(jìn)步。100+國家擁有齒輪制造和研發(fā)能力1000+企業(yè)參與齒輪市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)100高校專注齒輪領(lǐng)域研究齒輪傳動(dòng)的未來趨勢(shì)高精度齒輪未來齒輪傳動(dòng)將追求更高的精度，以提高傳動(dòng)效率和降低噪音。輕量化設(shè)計(jì)應(yīng)用輕質(zhì)材料和優(yōu)化設(shè)計(jì)，減輕齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的重量，提高燃油效率。智能化控制結(jié)合傳感器和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)齒輪傳動(dòng)的智能化控制，提高可靠性和安全性。環(huán)保材料使用可再生材料和環(huán)保工藝，減少齒輪傳動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。齒輪設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)11.國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10088-1988、GB/T10089-1988、GB/T10090-1988等制定了齒輪設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)的規(guī)范，確保齒輪的質(zhì)量和可靠性。22.國際標(biāo)準(zhǔn)ISO6336-1:2006、ISO6336-2:2006、ISO6336-3:2006等提供齒輪強(qiáng)度計(jì)算、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)等方面的國際標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)齒輪產(chǎn)品的國際化。33.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)各行業(yè)根據(jù)自身需求制定了專門的齒輪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如航空航天、船舶制造等領(lǐng)域。44.企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)部分企業(yè)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，滿足特定應(yīng)用需求。齒輪設(shè)計(jì)軟件齒輪設(shè)計(jì)軟件齒輪設(shè)計(jì)軟件是設(shè)計(jì)和分析齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)大工具，可以提高效率和準(zhǔn)確性。3D建模軟件提供建模功能，允許創(chuàng)建齒輪模型，并進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和修改。分析和仿真進(jìn)行齒輪傳動(dòng)性能分析，如應(yīng)力、振動(dòng)、噪聲、效率、壽命等。制造工藝提供齒輪制造工藝的模擬和優(yōu)化，例如齒輪切削、磨削、熱處理等。齒輪設(shè)計(jì)案例分析案例一：汽車變速箱分析變速箱齒輪的設(shè)計(jì)需求，例如傳動(dòng)比、扭矩、速度等，以及齒輪材料、熱處理工藝等。重點(diǎn)關(guān)注齒輪強(qiáng)度計(jì)算、接觸應(yīng)力、彎曲應(yīng)力等，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。案例二：風(fēng)力發(fā)電機(jī)分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪的設(shè)計(jì)要求，例如高負(fù)荷、低噪音、長壽命等。重點(diǎn)關(guān)注齒輪尺寸、材料、熱處理工藝、潤滑系統(tǒng)等方面