《齒輪機構(gòu)嚙合傳動》課件

齒輪機構(gòu)嚙合傳動齒輪機構(gòu)嚙合傳動是機械傳動中一種常見的形式，廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備。它利用齒輪間的相互嚙合來傳遞運動和扭矩。課程簡介課程目標本課程旨在幫助學(xué)生掌握齒輪機構(gòu)嚙合傳動的基本原理和設(shè)計方法，并能夠獨立完成齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計與分析。課程內(nèi)容齒輪傳動概述齒輪嚙合基本原理齒輪嚙合分類齒輪嚙合參數(shù)計算平面曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計與分析斜齒輪傳動概述蝸輪蝸桿傳動概述齒輪傳動概述齒輪傳動是一種常見的機械傳動方式，應(yīng)用廣泛。齒輪傳動通過齒輪之間的嚙合，將動力和運動傳遞。齒輪傳動具有傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、運行平穩(wěn)等優(yōu)點。齒輪傳動主要用于各種機械設(shè)備中，例如汽車、機床、工業(yè)機器人等。齒輪嚙合基本原理1齒廓嚙合兩個齒輪的齒廓相互接觸，形成一個瞬時接觸點，稱為嚙合點。2齒輪間相對運動齒輪嚙合時，兩個齒輪之間發(fā)生相對滾動和滑動，實現(xiàn)傳動。3嚙合線嚙合點在齒輪表面上形成一條曲線，稱為嚙合線。4嚙合角嚙合線與齒輪的軸線之間的夾角，稱為嚙合角。齒輪嚙合分類直齒輪齒面與軸線平行，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于低速重載場合。斜齒輪齒面與軸線成一定角度，傳動平穩(wěn)，承載能力強，適用于高速重載場合。蝸輪蝸桿蝸輪是圓柱齒輪，蝸桿是螺旋齒輪，可實現(xiàn)較大傳動比，適用于低速、大扭矩傳動。錐齒輪齒面為圓錐面，可實現(xiàn)軸線相互垂直的傳動，廣泛應(yīng)用于汽車、機械等行業(yè)。基本嚙合條件中心距中心距是指兩個齒輪中心之間的距離，它是齒輪嚙合的重要參數(shù)。壓力角壓力角是指齒輪嚙合時齒廓線上的法線與齒輪中心線之間的夾角，影響齒輪的受力狀況。模數(shù)模數(shù)是齒輪齒高的基本單位，影響齒輪的尺寸和強度。齒形齒形是指齒廓線的形狀，影響齒輪的傳動效率和噪音水平。圓柱齒輪嚙合參數(shù)2齒數(shù)影響齒輪尺寸和傳動比10模數(shù)決定齒輪尺寸和強度1壓力角影響齒輪嚙合強度和效率1.5齒頂高影響齒輪間隙和磨損平面曲柄搖桿機構(gòu)平面曲柄搖桿機構(gòu)是常見的機械機構(gòu)，廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中。它由曲柄、連桿和搖桿組成，通過曲柄的旋轉(zhuǎn)帶動連桿和搖桿運動。平面曲柄搖桿機構(gòu)可實現(xiàn)多種運動形式，例如直線運動、往復(fù)運動、擺動運動等。通過改變機構(gòu)的尺寸參數(shù)，可以調(diào)整機構(gòu)的運動特性。平面曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計1確定機構(gòu)類型首先要確定機構(gòu)的類型，包括曲柄、搖桿和連桿的長度以及機構(gòu)的運動方式。2選擇齒輪根據(jù)機構(gòu)的運動需求選擇合適的齒輪，包括齒數(shù)、模數(shù)、壓力角等參數(shù)。3繪制機構(gòu)圖根據(jù)機構(gòu)的尺寸和運動方式繪制機構(gòu)圖，并標注關(guān)鍵尺寸和運動參數(shù)。4進行運動學(xué)分析使用運動學(xué)分析軟件或理論計算方法分析機構(gòu)的運動特性，例如速度、加速度和位移。5進行動力學(xué)分析使用動力學(xué)分析軟件或理論計算方法分析機構(gòu)的受力情況，例如扭矩、應(yīng)力等。6優(yōu)化設(shè)計根據(jù)運動學(xué)和動力學(xué)分析結(jié)果對機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，以提高機構(gòu)的效率和性能。平面曲柄搖桿機構(gòu)分析1運動學(xué)分析機構(gòu)各構(gòu)件運動規(guī)律2動力學(xué)分析機構(gòu)受力情況及運動3強度分析機構(gòu)各構(gòu)件強度4運動軌跡分析機構(gòu)的運動軌跡分析分析平面曲柄搖桿機構(gòu)運動規(guī)律是設(shè)計的基礎(chǔ)機構(gòu)的動力學(xué)分析，可以優(yōu)化機構(gòu)效率和精度強度分析是為了保證機構(gòu)的安全可靠平面曲柄搖桿機構(gòu)的運動學(xué)分析1位移分析分析機構(gòu)中各構(gòu)件的位移變化規(guī)律。2速度分析分析機構(gòu)中各構(gòu)件的速度變化規(guī)律。3加速度分析分析機構(gòu)中各構(gòu)件的加速度變化規(guī)律。通過運動學(xué)分析可以確定機構(gòu)的運動規(guī)律，為后續(xù)動力學(xué)分析和機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供基礎(chǔ)。平面曲柄搖桿機構(gòu)的動力學(xué)分析受力分析確定機構(gòu)中各構(gòu)件所受的外力、慣性力、約束反力等。運動分析分析各構(gòu)件的運動規(guī)律，如速度、加速度等。平衡分析分析機構(gòu)的靜力平衡和動力平衡，確保機構(gòu)在運動過程中穩(wěn)定運行。振動分析分析機構(gòu)在工作過程中產(chǎn)生的振動，包括振動幅值、頻率、振型等。強度分析分析各構(gòu)件的強度，確保機構(gòu)在工作過程中不會發(fā)生斷裂或失效。疲勞分析分析各構(gòu)件在重復(fù)荷載作用下的疲勞強度，確保機構(gòu)具有足夠的壽命。平面曲柄搖桿機構(gòu)的應(yīng)力分析載荷分析首先需要確定機構(gòu)在工作過程中的載荷情況，包括外力、慣性力等。應(yīng)力計算根據(jù)載荷分析結(jié)果，利用有限元分析方法或其他工程力學(xué)方法計算機構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力。強度校核將計算得到的應(yīng)力與材料的強度極限進行比較，判斷機構(gòu)是否滿足強度要求。優(yōu)化設(shè)計如果強度校核不滿足要求，需要進行優(yōu)化設(shè)計，例如改變材料、結(jié)構(gòu)等。平面曲柄搖桿機構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計優(yōu)化目標通常包含最小化尺寸、重量和成本，同時最大化效率、可靠性和壽命。優(yōu)化方法常用的方法包括遺傳算法、模擬退火算法和粒子群優(yōu)化算法。優(yōu)化軟件例如ANSYS、MATLAB和SolidWorks，可幫助進行復(fù)雜的設(shè)計優(yōu)化。斜齒輪傳動概述結(jié)構(gòu)特點斜齒輪傳動具有齒面接觸面積更大、承載能力更強、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。應(yīng)用范圍斜齒輪傳動廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備，例如汽車、機床、航空航天等。設(shè)計參數(shù)斜齒輪傳動的設(shè)計參數(shù)包括模數(shù)、齒數(shù)、螺旋角、壓力角等。斜齒輪嚙合參數(shù)斜齒輪嚙合參數(shù)包括模數(shù)、齒數(shù)、齒頂高、齒根高、齒厚、壓力角、螺旋角等。這些參數(shù)決定了斜齒輪的幾何形狀、尺寸和運動特性。斜齒輪的螺旋角是斜齒輪的重要參數(shù)，它影響著斜齒輪的承載能力、傳動效率和噪音水平。斜齒輪傳動的運動學(xué)分析1速度分析斜齒輪傳動中，齒輪的轉(zhuǎn)速與齒數(shù)成反比，即齒數(shù)少的齒輪轉(zhuǎn)速快，齒數(shù)多的齒輪轉(zhuǎn)速慢。2加速度分析由于斜齒輪的齒面傾斜，其運動過程中會產(chǎn)生切向加速度和法向加速度，需要根據(jù)斜齒輪的幾何參數(shù)和轉(zhuǎn)速進行計算。3運動軌跡分析斜齒輪傳動中，齒輪的運動軌跡是一個螺旋線，其形狀受齒面傾角、齒數(shù)和中心距等因素的影響。斜齒輪傳動的應(yīng)力分析斜齒輪傳動在運行過程中會受到多種力的作用，例如齒面載荷、軸向力、離心力等。這些力會造成齒輪的應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致齒輪的疲勞失效。1接觸應(yīng)力齒面接觸點產(chǎn)生的局部應(yīng)力2彎曲應(yīng)力齒根處由于彎矩產(chǎn)生的應(yīng)力3扭轉(zhuǎn)應(yīng)力齒輪軸受到扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力為了保證斜齒輪傳動的可靠性，必須對齒輪的應(yīng)力進行分析，并根據(jù)分析結(jié)果選擇合適的材料和加工工藝，以提高齒輪的強度和使用壽命。斜齒輪傳動的優(yōu)化設(shè)計齒輪參數(shù)優(yōu)化通過調(diào)整齒輪的模數(shù)、壓力角、螺旋角等參數(shù)，可以改善齒輪傳動的性能。例如，增加模數(shù)可以提高齒輪的承載能力，而增加螺旋角可以減少齒輪的噪音和振動。材料選擇選用高強度、耐磨損、抗疲勞的材料可以延長齒輪的使用壽命。例如，使用合金鋼或熱處理鋼可以提高齒輪的強度和耐用性。加工工藝優(yōu)化精確的加工工藝可以確保齒輪的精度和質(zhì)量。例如，采用精加工技術(shù)和熱處理工藝可以提高齒輪的精度和耐用性。潤滑系統(tǒng)合適的潤滑系統(tǒng)可以降低齒輪的磨損和噪音。例如，使用高品質(zhì)的潤滑油和合理的潤滑方式可以提高齒輪傳動的效率和壽命。蝸輪蝸桿傳動概述蝸輪蝸桿傳動是一種常用的機械傳動方式，由蝸輪和蝸桿組成。它具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中，例如汽車變速箱、起重機、機床等。蝸輪蝸桿傳動的工作原理是：蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)動力傳遞。蝸桿的螺旋線與蝸輪的齒廓相嚙合，通過摩擦力實現(xiàn)傳動。蝸輪蝸桿傳動參數(shù)參數(shù)描述單位蝸輪齒數(shù)蝸輪上的齒數(shù)個蝸桿齒數(shù)蝸桿上的齒數(shù)個模數(shù)齒輪尺寸的基本單位mm螺旋角蝸桿螺旋線與軸線之間的夾角度蝸桿頭數(shù)蝸桿上螺旋線的數(shù)量個中心距蝸輪和蝸桿中心之間的距離mm蝸輪蝸桿傳動的幾何關(guān)系11.軸線關(guān)系蝸輪軸線與蝸桿軸線垂直相交，形成一個角度，稱為蝸桿螺旋角。22.齒數(shù)和螺旋角蝸桿齒數(shù)和螺旋角決定了蝸輪蝸桿的傳動比，傳動比越大，蝸輪轉(zhuǎn)速越低，蝸桿轉(zhuǎn)速越高。33.齒形蝸輪齒形為漸開線，蝸桿齒形為螺旋線，兩者嚙合時，齒面相互接觸，實現(xiàn)傳動。44.模數(shù)和壓力角模數(shù)和壓力角是影響蝸輪蝸桿傳動效率和承載能力的重要參數(shù)。蝸輪蝸桿傳動的運動學(xué)分析蝸輪蝸桿傳動是機械傳動中常用的形式之一，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大等優(yōu)點。1速度分析分析蝸輪蝸桿傳動中蝸輪和蝸桿的速度關(guān)系。2加速度分析分析蝸輪蝸桿傳動中蝸輪和蝸桿的加速度關(guān)系。3運動軌跡分析分析蝸輪蝸桿傳動中蝸輪和蝸桿的運動軌跡。運動學(xué)分析是研究蝸輪蝸桿傳動運動規(guī)律的基礎(chǔ)，可以為后續(xù)的動力學(xué)分析和強度分析提供依據(jù)。蝸輪蝸桿傳動的應(yīng)力分析蝸輪蝸桿傳動的應(yīng)力分析是設(shè)計過程中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它直接影響著傳動系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。1齒面接觸應(yīng)力蝸輪蝸桿嚙合過程中，齒面之間存在著接觸應(yīng)力，這是一種重要的應(yīng)力形式，需要重點關(guān)注。2彎曲應(yīng)力蝸輪蝸桿齒輪的彎曲應(yīng)力主要由齒根處的彎曲力產(chǎn)生，會影響齒輪的強度和壽命。3扭轉(zhuǎn)應(yīng)力蝸輪蝸桿的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力主要由傳遞的扭矩引起，會影響軸的強度和壽命。應(yīng)力分析需要結(jié)合傳動參數(shù)、材料特性、工作環(huán)境等因素進行綜合考慮，并采用相應(yīng)的計算方法或軟件進行分析。蝸輪蝸桿傳動的優(yōu)化設(shè)計提高效率優(yōu)化齒形、齒向、齒寬、齒數(shù)、傳動比等參數(shù)，以降低摩擦損失，提高效率。提高強度根據(jù)實際工況選擇合適的材料、熱處理工藝、潤滑方式，提高蝸輪蝸桿的強度和抗疲勞性。降低噪音通過優(yōu)化齒形、齒向、齒寬等參數(shù)，減少齒輪嚙合時的沖擊和振動，降低噪音。其他傳動機構(gòu)鏈傳動鏈傳動由鏈條和鏈輪組成，用于傳遞動力和運動。帶傳動帶傳動由帶和帶輪組成，用于傳遞動力和運動，主要特點是工作平穩(wěn)，噪音低。摩擦傳動摩擦傳動利用摩擦力來傳遞動力，主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)無級調(diào)速。液壓傳動液壓傳動利用液壓油來傳遞動力，主要特點是傳動效率高，負載能力強。齒輪傳動設(shè)計實例例如，汽車變速箱中，使用多種齒輪傳動組合