《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)課件主題10齒輪傳動(dòng)

$number{01}《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》教學(xué)課件主題10齒輪傳動(dòng)2024-01-14匯報(bào)人：AA目錄齒輪傳動(dòng)概述齒輪的幾何要素與參數(shù)齒輪傳動(dòng)的嚙合原理齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算齒輪的材料、熱處理與精度齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑與密封齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)例與案例分析01齒輪傳動(dòng)概述齒輪傳動(dòng)是指通過(guò)兩個(gè)或多個(gè)齒輪的嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)方式。定義根據(jù)齒輪軸線的相對(duì)位置，齒輪傳動(dòng)可分為平行軸齒輪傳動(dòng)、相交軸齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸齒輪傳動(dòng)三類(lèi)。分類(lèi)齒輪傳動(dòng)的定義與分類(lèi)齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但同時(shí)也存在噪聲、振動(dòng)和制造成本較高等缺點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，如汽車(chē)、機(jī)床、航空航天器、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，用于實(shí)現(xiàn)變速、變向、分動(dòng)和動(dòng)力傳遞等功能。齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用應(yīng)用特點(diǎn)123齒輪傳動(dòng)的發(fā)展歷程現(xiàn)代階段隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)更加精確、制造更加高效，同時(shí)新型材料和先進(jìn)潤(rùn)滑技術(shù)的應(yīng)用也進(jìn)一步提高了齒輪傳動(dòng)的性能和使用壽命。初始階段早在古代，人們就開(kāi)始使用木制或石制的齒輪來(lái)傳遞動(dòng)力，但受材料和加工技術(shù)的限制，其性能和應(yīng)用范圍有限。發(fā)展階段隨著金屬材料和加工技術(shù)的進(jìn)步，齒輪傳動(dòng)的性能和應(yīng)用范圍得到了極大的提升。特別是工業(yè)革命以后，齒輪傳動(dòng)開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中。02齒輪的幾何要素與參數(shù)齒形齒輪的齒形是指齒輪輪齒的形狀，常見(jiàn)的有漸開(kāi)線齒形、擺線齒形和圓弧齒形等。其中，漸開(kāi)線齒形因其傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用廣泛。齒廓齒輪的齒廓是指齒輪輪齒的側(cè)面形狀，分為直齒廓和斜齒廓兩種。直齒廓的齒輪制造簡(jiǎn)單，但傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊和噪聲；斜齒廓的齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，但制造較復(fù)雜。齒輪的齒形與齒廓模數(shù)齒輪的模數(shù)是表示輪齒大小的一個(gè)基本參數(shù)，用m表示。模數(shù)越大，輪齒越強(qiáng)壯，承載能力越強(qiáng)。標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列已標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)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(diǎn)的徑向線與該點(diǎn)的切線之間的夾角，用α表示。壓力角的大小對(duì)齒輪傳動(dòng)的性能有很大影響，一般取標(biāo)準(zhǔn)值20°。齒輪的模數(shù)與壓力角為了改善齒輪傳動(dòng)的性能，有時(shí)需要對(duì)齒輪進(jìn)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(shí)際齒形與理論齒形有所不同。變位變位系數(shù)是表示齒輪變位程度的一個(gè)參數(shù)，用x表示。變位系數(shù)可以是正數(shù)、負(fù)數(shù)或零，分別對(duì)應(yīng)正變位、負(fù)變位和標(biāo)準(zhǔn)齒輪。通過(guò)選擇合適的變位系數(shù)，可以改善齒輪傳動(dòng)的重合度、降低噪聲和振動(dòng)等。變位系數(shù)齒輪的變位與變位系數(shù)03齒輪傳動(dòng)的嚙合原理嚙合線固定壓力角恒定可分性漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性?xún)升X輪嚙合時(shí)，其嚙合線為一直線，且與兩齒輪基圓的內(nèi)公切線重合。漸開(kāi)線齒廓上任意點(diǎn)的壓力角均相等，使得傳動(dòng)過(guò)程中受力情況穩(wěn)定。兩個(gè)漸開(kāi)線齒輪的中心距稍有變化時(shí)，其瞬時(shí)傳動(dòng)比仍保持不變，具有良好的可分性。兩齒輪的模數(shù)必須相等，以確保齒輪副能夠正確嚙合。模數(shù)相等壓力角相等齒數(shù)匹配兩齒輪的壓力角也必須相等，以保證傳動(dòng)過(guò)程中的受力均衡。兩齒輪的齒數(shù)需要匹配，以確保傳動(dòng)比的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。030201齒輪傳動(dòng)的正確嚙合條件為保證齒輪傳動(dòng)的連續(xù)性，其重合度應(yīng)大于1，即同時(shí)參與嚙合的齒數(shù)應(yīng)多于一對(duì)。重合度大于1齒輪副在傳動(dòng)過(guò)程中應(yīng)保持無(wú)側(cè)隙嚙合，以減小傳動(dòng)誤差和噪音。無(wú)側(cè)隙嚙合齒面硬度應(yīng)適中，既要保證耐磨性，又要避免過(guò)硬導(dǎo)致脆斷。適當(dāng)?shù)凝X面硬度齒輪傳動(dòng)的連續(xù)傳動(dòng)條件04齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算

齒輪傳動(dòng)的受力分析圓周力Ft主動(dòng)輪的圓周力方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，從動(dòng)輪的圓周力方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。徑向力Fr對(duì)于外齒輪，徑向力指向各自的輪心；對(duì)于內(nèi)齒輪，徑向力背向各自的輪心。軸向力Fa對(duì)于斜齒輪，軸向力沿軸線方向，可根據(jù)左右手法則確定。載荷系數(shù)K齒形系數(shù)YFα應(yīng)力修正系數(shù)YSα許用彎曲應(yīng)力[σF]齒輪傳動(dòng)的彎曲強(qiáng)度計(jì)算考慮彎曲應(yīng)力集中對(duì)輪齒應(yīng)力的影響。根據(jù)齒輪材料、熱處理方式及工作條件等因素確定?？紤]使用系數(shù)KA、動(dòng)載系數(shù)KV、齒間載荷分配系數(shù)Kα及齒向載荷分布系數(shù)Kβ對(duì)輪齒應(yīng)力的影響。與齒形有關(guān)的系數(shù)，可通過(guò)查表獲取。彈性系數(shù)ZE與材料彈性模量有關(guān)的系數(shù)。節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH考慮節(jié)點(diǎn)處齒廓形狀對(duì)接觸應(yīng)力的影響。接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]根據(jù)齒輪材料、熱處理方式及工作條件等因素確定。載荷分擔(dān)系數(shù)KL對(duì)于多對(duì)齒同時(shí)嚙合的情況，考慮載荷在各對(duì)齒間的分配情況。齒輪傳動(dòng)的接觸強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)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(diào)質(zhì)處理、表面淬火等。齒輪的材料與熱處理根據(jù)使用要求，齒輪精度可分為多個(gè)等級(jí)，如6級(jí)、7級(jí)、8級(jí)等。精度等級(jí)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(mǎn)足使用要求的前提下，盡量選用較低的精度等級(jí)以降低制造成本。選用原則齒輪的精度等級(jí)與公差硬度齒面硬度是齒輪材料抵抗局部變形的能力，對(duì)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(huì)影響其表面粗糙度和硬度。表面粗糙度齒面粗糙度對(duì)齒輪傳動(dòng)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(dòng)的潤(rùn)滑與密封齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式與潤(rùn)滑劑選擇潤(rùn)滑方式根據(jù)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)和要求，可以選擇浸油潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑等潤(rùn)滑方式。潤(rùn)滑劑選擇齒輪傳動(dòng)常用的潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。選擇潤(rùn)滑劑時(shí)，應(yīng)考慮齒輪的材質(zhì)、工作溫度、載荷大小等因素。齒輪傳動(dòng)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(yīng)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(dòng)的密封方式與密封材料選擇調(diào)整與維護(hù)清洗與換油定期檢查齒輪傳動(dòng)的維護(hù)與保養(yǎng)建議定期對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行檢查，包括齒面磨損、齒輪嚙合情況、軸承磨損等。根據(jù)檢查結(jié)果，對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行調(diào)整和維護(hù)，包括調(diào)整齒輪間隙、更換磨損件等。定期清洗齒輪箱并更換潤(rùn)滑油，保證潤(rùn)滑效果。07齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)例與案例分析設(shè)計(jì)步驟根據(jù)變速箱的輸入/輸出扭矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，計(jì)算齒輪的模數(shù)、齒數(shù)等關(guān)鍵尺寸。進(jìn)行齒輪的強(qiáng)度校核和疲勞壽命分析，確保設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。設(shè)計(jì)背景：為滿(mǎn)足某型號(hào)汽車(chē)變速箱的高扭矩傳輸和高效能要求，進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)。選擇合適的齒輪類(lèi)型（如直齒、斜齒等）和材料。利用CAD軟件進(jìn)行齒輪的三維建模和裝配檢查。010203040506設(shè)計(jì)實(shí)例：某型號(hào)汽車(chē)變速箱中的齒輪設(shè)計(jì)故障現(xiàn)象：某企業(yè)生產(chǎn)線上的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)異響、振動(dòng)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(dāng)，不能滿(mǎn)足高負(fù)載工況要求。