机械原理齿轮设计.pptx

机械原理齿轮设计

汇报人：XXX

2024-01-24

齿轮设计基本概念与原理

齿轮参数选择与计算

齿轮材料、热处理及精度等级选择

齿轮强度校核与优化设计

齿轮制造工艺与装备简介

齿轮检测、评估与故障排除

总结与展望

目录

01

齿轮设计基本概念与原理

包括直齿、斜齿和人字齿传动，具有结构紧凑、传动效率高、工作可靠等特点。

圆柱齿轮传动

圆锥齿轮传动

蜗杆蜗轮传动

用于相交轴之间的传动，具有较大的重合度和较高的承载能力。

用于交错轴之间的传动，具有较大的传动比和较好的自锁性能。

03

02

01

齿轮传动类型及特点

模数

压力角

齿数

螺旋角

齿轮设计基本要素

01

02

03

04

表示轮齿大小的参数，是齿轮设计的基础。

轮齿齿廓在分度圆上的压力角，一般为20°。

齿轮上的轮齿数目，影响齿轮的承载能力和传动效率。

斜齿圆柱齿轮的螺旋角，影响齿轮的啮合性能和轴向力的大小。

设计原则

满足使用要求，保证足够的强度、刚度和耐磨性；具有良好的工艺性和经济性。

设计方法

根据使用要求和设计原则，选择合适的齿轮类型、材料和热处理方式；确定齿轮的模数、齿数、压力角和螺旋角等参数；进行齿轮的强度、刚度和耐磨性校核；优化齿轮结构，提高传动效率。

齿轮设计原则与方法

02

齿轮参数选择与计算

模数、齿数及压力角选择

模数选择

根据齿轮所受载荷和转速要求，选择合适的模数。模数越大，齿轮承载能力越强，但制造成本也相应增加。

齿数选择

齿数的多少直接影响齿轮的大小和传动比。在满足强度和刚度要求的前提下，应尽量减小齿数以降低制造成本。

压力角选择

压力角的大小影响齿轮传动的平稳性和效率。一般选择标准压力角20°，但在某些特殊情况下，可选择其他压力角以满足特定要求。

通过改变齿高来实现变位，主要用于调整齿轮的中心距和提高承载能力。高度变位系数的确定需要考虑齿轮的强度和刚度要求。

高度变位

通过改变齿轮分度圆上的压力角来实现变位，主要用于改善齿轮传动的平稳性和降低噪音。角度变位系数的确定需要考虑齿轮的传动精度和噪音要求。

角度变位

变位系数确定方法

根据模数和齿数计算分度圆直径，该值用于确定齿轮的基本尺寸。

分度圆直径计算

在分度圆直径的基础上加上两个模数得到齿顶圆直径，该值用于确定齿轮的最大外圆尺寸。

齿顶圆直径计算

在分度圆直径的基础上减去两个模数与齿槽宽度的乘积得到齿根圆直径，该值用于确定齿轮的最小内圆尺寸。

齿根圆直径计算

根据模数和压力角计算齿厚和齿槽宽，这两个参数对于齿轮的啮合性能和传动精度至关重要。

齿厚和齿槽宽计算

齿轮几何尺寸计算

03

齿轮材料、热处理及精度等级选择

碳素钢

合金钢

铸铁

非金属材料

具有良好的可加工性和机械性能，成本低，常用于一般传动齿轮。

成本低，铸造性能好，但机械性能较差，常用于低速、轻载的齿轮。

具有较高的强度和耐磨性，适用于重载、高速或冲击载荷的齿轮。

如塑料、尼龙等，具有重量轻、噪音低、自润滑等优点，适用于轻载、低速或特殊环境下的齿轮。

热处理工艺对齿轮性能影响

提高齿轮的硬度和耐磨性，但可能导致变形和开裂。

消除淬火应力，提高韧性和塑性，降低硬度。

提高表面硬度和耐磨性，同时保持心部韧性。

提高表面硬度和耐磨性，同时保持较低的变形量。

淬火

回火

渗碳淬火

氮化

高精度齿轮传动平稳、噪音低、寿命长。

传动精度要求

重载、高速齿轮需要较高的精度等级。

载荷和速度

恶劣环境下工作的齿轮需要较高的精度等级以保证可靠性。

工作环境

在满足使用要求的前提下，尽量选择较低的精度等级以降低成本。

经济性

精度等级选择依据

04

齿轮强度校核与优化设计

有限元分析法

利用有限元软件对齿轮进行建模和网格划分，施加边界条件和载荷，求解得到齿轮的应力分布和变形情况，进而评估其弯曲疲劳强度。

应力分析法

通过计算齿轮在弯曲应力作用下的应力分布，结合材料的疲劳极限，判断齿轮的弯曲疲劳强度是否满足要求。

试验法

通过模拟齿轮实际工作条件的试验，测量齿轮在弯曲应力作用下的疲劳寿命，以验证设计计算的准确性。

弯曲疲劳强度校核方法

赫兹接触理论

01

基于赫兹接触理论，计算齿轮在接触应力作用下的接触变形和应力分布，结合材料的接触疲劳极限，判断齿轮的接触疲劳强度是否满足要求。

有限元接触分析

02

利用有限元软件对齿轮进行接触分析，考虑摩擦、润滑等因素，求解得到齿轮的接触应力分布和变形情况，进而评估其接触疲劳强度。

试验法

03

通过模拟齿轮实际工作条件的试验，测量齿轮在接触应力作用下的疲劳寿命，以验证设计计算的准确性。

接触疲劳强度校核方法

通过优化齿轮结构、减小齿宽等措施，降低齿轮的重量和转动惯量，提高传动效率。

轻量化设计

选用高强度、高韧性材料制造齿轮，提高其承载能力和抗疲劳性能。

高强度材料应用

优化设计思路及实践案例

先