機械設計基礎齒輪系

機械設計基礎齒輪系匯報人：AA2024-01-14CATALOGUE目錄齒輪系基本概念與分類齒輪系傳動比計算與分配齒輪系設計參數(shù)選擇與優(yōu)化齒輪系結(jié)構(gòu)設計與強度校核齒輪系精度等級選擇及公差配合齒輪系潤滑、密封與散熱技術總結(jié)與展望01齒輪系基本概念與分類由兩個或多個齒輪組成的傳動系統(tǒng)，用于傳遞動力和扭矩。齒輪系定義實現(xiàn)不同軸之間的動力傳遞和轉(zhuǎn)速變換，滿足各種機械裝置對運動和動力的要求。齒輪系作用齒輪系定義及作用分類依據(jù)平行軸齒輪系相交軸齒輪系交錯軸齒輪系齒輪系分類與特點01020304根據(jù)齒輪的軸線布置形式，可分為平行軸齒輪系、相交軸齒輪系和交錯軸齒輪系。各齒輪軸線平行，通過圓柱齒輪實現(xiàn)傳動，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高。兩軸線相交于一點，通過圓錐齒輪實現(xiàn)傳動，可改變傳動方向。兩軸線既不平行也不相交，通過螺旋齒輪實現(xiàn)傳動，適用于空間交錯軸間的動力傳遞。相關術語解析表示輪齒大小的參數(shù)，反映輪齒的承載能力。輪齒齒廓在分度圓上的壓力角，一般為20°，用于保證傳動的平穩(wěn)性。齒輪上的輪齒數(shù)量，影響齒輪的傳動比和尺寸。主動輪轉(zhuǎn)速與從動輪轉(zhuǎn)速之比，反映齒輪系的變速能力。模數(shù)壓力角齒數(shù)傳動比02齒輪系傳動比計算與分配傳動比是指主動齒輪轉(zhuǎn)速與從動齒輪轉(zhuǎn)速之比，反映了齒輪傳動的變速效果。傳動比i=n1/n2，其中n1為主動齒輪轉(zhuǎn)速，n2為從動齒輪轉(zhuǎn)速。傳動比定義及計算公式計算公式傳動比定義在齒輪系中，傳動比的分配應遵循使各級傳動比乘積等于總傳動比的原則，同時考慮各級齒輪的強度、剛度、振動和噪聲等因素。分配原則常用的傳動比分配方法有等比數(shù)列法、等差數(shù)列法和經(jīng)驗法等。其中等比數(shù)列法適用于高速級傳動比較大、低速級傳動比較小的場合；等差數(shù)列法適用于各級傳動比相差不大的場合；經(jīng)驗法則是根據(jù)設計者的經(jīng)驗和實際需要進行分配。分配方法傳動比分配原則與方法實例描述以某汽車變速箱中的齒輪系為例，已知輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min，輸出轉(zhuǎn)速為600r/min，要求設計一個三級齒輪系實現(xiàn)該變速效果。計算總傳動比根據(jù)輸入、輸出轉(zhuǎn)速計算總傳動比i=1500/600=2.5。分配各級傳動比采用等比數(shù)列法進行分配，設公比為q，則各級傳動比分別為i1=q，i2=q^2，i3=q^3。根據(jù)總傳動比和各級傳動比的乘積等于總傳動比的原則，可以求解出公比q和各級傳動比的具體數(shù)值。設計結(jié)果經(jīng)過計算和設計，得到三級齒輪系的具體參數(shù)和各級傳動比的分配情況。通過實例分析可以看出，合理的傳動比分配對于齒輪系的性能和使用壽命具有重要意義。01020304實例分析：傳動比計算與分配03齒輪系設計參數(shù)選擇與優(yōu)化模數(shù)是齒輪設計的基本參數(shù)，影響齒輪的強度、耐磨性和噪音等性能。選擇模數(shù)時需考慮齒輪的受力情況、轉(zhuǎn)速、工作環(huán)境等因素。模數(shù)選擇齒數(shù)影響齒輪的傳動比和中心距，選擇齒數(shù)時需根據(jù)傳動要求、齒輪尺寸限制和加工工藝性等因素進行綜合考慮。齒數(shù)選擇壓力角是齒輪齒形的重要參數(shù)，影響齒輪傳動的平穩(wěn)性和效率。一般情況下，標準壓力角為20°，但在某些特殊情況下，可選擇其他壓力角以滿足特定需求。壓力角選擇模數(shù)、齒數(shù)等設計參數(shù)選擇依據(jù)基于遺傳算法的參數(shù)優(yōu)化遺傳算法是一種模擬自然選擇和遺傳機制的優(yōu)化算法，可用于齒輪設計參數(shù)的優(yōu)化。通過構(gòu)建適應度函數(shù)，將齒輪的強度、耐磨性、噪音等性能作為優(yōu)化目標，利用遺傳算法進行迭代尋優(yōu)，得到最優(yōu)的設計參數(shù)組合?；谟邢拊治龅膮?shù)優(yōu)化有限元分析是一種數(shù)值計算方法，可用于分析齒輪的應力分布和變形情況。通過建立齒輪的有限元模型，對不同設計參數(shù)下的齒輪進行應力分析和強度校核，從而得到最優(yōu)的設計參數(shù)?；谠囼炘O計的參數(shù)優(yōu)化試驗設計是一種通過合理安排試驗方案和分析試驗結(jié)果，獲得最優(yōu)設計方案的方法。在齒輪設計參數(shù)優(yōu)化中，可采用正交試驗設計等方法，安排多組不同設計參數(shù)的試驗方案，通過分析試驗結(jié)果得到最優(yōu)的設計參數(shù)組合。參數(shù)優(yōu)化方法探討實例背景某機械傳動系統(tǒng)中需設計一齒輪系，要求傳動平穩(wěn)、噪音低、強度高。參數(shù)優(yōu)化過程采用遺傳算法對設計參數(shù)進行優(yōu)化，以齒輪的強度、耐磨性和噪音為優(yōu)化目標，經(jīng)過多次迭代尋優(yōu)，得到最優(yōu)的設計參數(shù)組合為模數(shù)2.5mm、齒數(shù)24/48。優(yōu)化結(jié)果分析經(jīng)過優(yōu)化后的齒輪系傳動平穩(wěn)性更好，噪音更低，強度更高。與優(yōu)化前相比，傳動效率提高了5%，噪音降低了10%，使用壽命延長了20%。設計參數(shù)選擇根據(jù)傳動要求和工作條件，初步選擇模數(shù)為2mm，齒數(shù)為20/40的直齒圓柱齒輪。實例分析：設計參數(shù)選擇與優(yōu)化過程04齒輪系結(jié)構(gòu)設計與強度校核

結(jié)構(gòu)類型及其特點介紹定軸輪系各齒輪軸線固定不動，通過軸承支承在機架上。主要適用于傳遞運動準確、平穩(wěn)的場合，如鐘表、儀器等。周轉(zhuǎn)輪系至少有一個齒輪的軸線繞另一個齒輪的軸線轉(zhuǎn)動。適用于傳遞大速比、大扭矩的場合，如汽車、工程機械等。復合輪系由定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系組合而成。具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、效率高等特點，廣泛應用于各種機械設備中。ABCD齒面接觸強度校核通過計算齒面接觸應力，與許用接觸應力進行比較，判斷齒面接觸強度是否滿足要求。疲勞強度校核考慮齒輪在交變應力作用下的疲勞破壞，通過計算疲勞壽命或安全系數(shù)進行校核。靜強度校核對于受靜載荷作用的齒輪，需進行靜強度校核，計算齒輪在靜載荷作用下的應力并與許用應力進行比較。齒根彎曲強度校核計算齒根彎曲應力，與許用彎曲應力進行比較，判斷齒根彎曲強度是否滿足要求。強度校核方法與步驟設計要求：根據(jù)給定的傳動比、輸入轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)，設計一款適用于特定場合的齒輪系。實例分析：結(jié)構(gòu)設計與強度校核過程設計步驟選擇合適的齒輪類型（如直齒、斜齒、人字齒等）。確定齒輪模數(shù)、齒數(shù)、壓力角等基本參數(shù)。實例分析：結(jié)構(gòu)設計與強度校核過程進行齒輪結(jié)構(gòu)設計，包括齒輪軸、軸承、箱體等部件的設計。進行強度校核，包括齒面接觸強度、齒根彎曲強度、疲勞強度和靜強度的校核。根據(jù)校核結(jié)果對設計進行調(diào)整和優(yōu)化，直至滿足設計要求。實例分析：結(jié)構(gòu)設計與強度校核過程05齒輪系精度等級選擇及公差配合齒輪系的精度等級通常分為多個級別，如IT5、IT6、IT7等，不同級別對應著不同的精度要求，包括齒形誤差、齒向誤差、齒距誤差等。精度等級劃分在選擇齒輪系精度等級時，需要考慮傳動要求、工作條件、制造成本等因素。一般來說，高精度齒輪系適用于高速、重載、高精度傳動場合，而低精度齒輪系則適用于低速、輕載、一般精度傳動場合。選用依據(jù)精度等級劃分及選用依據(jù)公差配合原則齒輪系的公差配合應遵循互換性、經(jīng)濟性和可靠性的原則?；Q性要求齒輪副在裝配時能互換使用，經(jīng)濟性要求在保證質(zhì)量的前提下盡量降低成本，可靠性則要求齒輪副在使用過程中能保持穩(wěn)定和可靠。公差配合方法齒輪系的公差配合方法包括計算法、類比法和試驗法。計算法是通過公式計算得出公差數(shù)值，類比法是根據(jù)相似產(chǎn)品或經(jīng)驗進行類比確定公差數(shù)值，試驗法則是通過試驗確定最佳公差數(shù)值。公差配合原則和方法010203實例描述以某型號汽車變速器中的齒輪系為例，分析其精度等級選擇和公差配合過程。精度等級選擇根據(jù)汽車變速器的傳動要求和工作條件，選擇適當?shù)木鹊燃?。在該例中，考慮到變速器需要承受較大的載荷和較高的轉(zhuǎn)速，因此選擇了較高的精度等級。公差配合過程首先根據(jù)齒輪副的結(jié)構(gòu)特點和使用要求，確定各項公差的數(shù)值范圍。然后通過計算或類比法確定各項公差的具體數(shù)值，并進行優(yōu)化調(diào)整以滿足經(jīng)濟性和可靠性的要求。最后進行試驗驗證，確保齒輪副在實際使用中能滿足設計要求。實例分析：精度等級選擇及公差配合過程06齒輪系潤滑、密封與散熱技術潤滑方式根據(jù)齒輪傳動的特點和工作環(huán)境，選擇合適的潤滑方式，如油浴潤滑、噴油潤滑、循環(huán)油潤滑等。潤滑劑選用根據(jù)齒輪材料、工作溫度、載荷等因素，選用合適的潤滑劑，如礦物油、合成油、潤滑脂等。同時，要注意潤滑劑的粘度、極壓性、抗磨性、防腐性等性能指標。潤滑方式選擇及潤滑劑選用密封材料選用耐油、耐磨、耐高溫、耐老化的密封材料，如橡膠、聚四氟乙烯、金屬等。同時，要注意密封材料與潤滑劑、金屬材料的相容性。密封方式根據(jù)齒輪箱的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，選擇合適的密封方式，如接觸式密封、非接觸式密封、組合式密封等。密封結(jié)構(gòu)設計合理設計密封結(jié)構(gòu)，如迷宮式密封、浮動油封等，以提高密封效果和使用壽命。密封技術探討根據(jù)齒輪箱的熱平衡計算和工作環(huán)境，選擇合適的散熱方式，如自然散熱、強制風冷、強制液冷等。散熱方式設計合理的散熱裝置，如散熱片、散熱風扇、散熱器等，以提高散熱效果。同時，要注意散熱裝置與齒輪箱的整體結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)。散熱裝置設計制定合理的熱管理策略，如控制齒輪箱的工作溫度、優(yōu)化齒輪參數(shù)以降低發(fā)熱量等，以保證齒輪箱的正常工作和使用壽命。熱管理策略散熱技術介紹07總結(jié)與展望齒輪系基本概念齒輪系傳動比計算齒輪系設計準則齒輪系應用實例本次課程重點內(nèi)容回顧介紹了齒輪系的定義、分類、特點等基本概念，為后續(xù)學習打下基礎。闡述了齒輪系設計時需要遵循的準則，如強度、剛度、穩(wěn)定性等方面的要求。詳細講解了如何計算齒輪系的傳動比，包括定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系的計算方法。通過實例分析，展示了齒輪系在機械工程中的應用，加深了學生對理論知識的理解。隨著科技的進步，未來可能會研發(fā)