机械设计基础第九章齿轮机构
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机械设计课件齿轮机构
标准模数系列表（GB1357－87）
0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.5 0.4 0.5 0.6 0.8 第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
高速、中速、低速齿轮传动。
定传动比、变传动比齿轮传动。
开式齿轮传动、闭式齿轮传动。
球齿轮
抛物线齿轮(近年)
内齿轮传动
齿轮齿条
ω2 作者：潘存云教授 ω1 椭圆齿轮 准双曲面齿轮 作者：潘存云教授 斜齿圆锥齿轮 作者：潘存云教授 曲线齿圆锥齿轮
§4－2 齿廓实现定角速度比的条件
设计：潘存云
o1
rb
定义：啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上该点之压力角αk。
rb＝rk cosαk
B3
o3
θk
A2
B2
o2
⑦同一基圆上任意两条渐开线的公法线处处相等。
设计：潘存云
B
C’
A
C
rb
O
E
C”
由性质①和②有：
两条反向渐开线,
两条同向渐开线：
B1E1 = A1E1－A1B1
B2E2 = A2E2－A2B2
表示符号： d、r、s、e，p= s+e
法向齿距 （周节） —— pn
s
e
sk
ek
= pb
pb
rf
r
pk
2.基本参数
m=4 z=16
②模数—— m
①齿数—— z
出现无理数,不方便为了计算、制造和检验的方便
分度圆周长：πd=zp,
d=zp/π
称为模数m 。
m=2 z=16
0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.5 0.4 0.5 0.6 0.8 第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50
高速、中速、低速齿轮传动。
定传动比、变传动比齿轮传动。
开式齿轮传动、闭式齿轮传动。
球齿轮
抛物线齿轮(近年)
内齿轮传动
齿轮齿条
ω2 作者：潘存云教授 ω1 椭圆齿轮 准双曲面齿轮 作者：潘存云教授 斜齿圆锥齿轮 作者：潘存云教授 曲线齿圆锥齿轮
§4－2 齿廓实现定角速度比的条件
设计：潘存云
o1
rb
定义：啮合时K点正压力方向与速度方向所夹锐角为渐开线上该点之压力角αk。
rb＝rk cosαk
B3
o3
θk
A2
B2
o2
⑦同一基圆上任意两条渐开线的公法线处处相等。
设计：潘存云
B
C’
A
C
rb
O
E
C”
由性质①和②有：
两条反向渐开线,
两条同向渐开线：
B1E1 = A1E1－A1B1
B2E2 = A2E2－A2B2
表示符号： d、r、s、e，p= s+e
法向齿距 （周节） —— pn
s
e
sk
ek
= pb
pb
rf
r
pk
2.基本参数
m=4 z=16
②模数—— m
①齿数—— z
出现无理数,不方便为了计算、制造和检验的方便
分度圆周长：πd=zp,
d=zp/π
称为模数m 。
m=2 z=16
机械基础-齿轮机构
齿轮啮合几何
要考虑齿轮啮合的接触比例和角度。
齿轮材料
应选择合适的材料以满足承载和耐磨的要求。
润滑和冷却
确保齿轮运转时有适当的润滑和冷却。
结论和要点
• 齿轮机构是机械系统中常见的传动装置。 • 它们具有不同的种类和工作原理。 • 齿轮机构在许多领域中有广泛的应用。 • 优点包括高效能量传递和精确的动力转换。 • 设计时需要考虑参数和材料选择。
机械基础-齿轮机构
齿轮机构是机械系统中常见的传动装置，由一组齿轮组成。它们在各种机械 领域中起着重要作用，实现了精确的动力转换和传递。
齿轮机构的定义
齿轮机构是由相互啮合的齿轮组成的机械装置。它们通过齿廓的啮合传递运 动和力量。
齿轮机构的种类
直齿轮
最常见的类型，齿轮齿条是直的。
锥齿轮
齿轮轴倾斜，可实现角度传动。
2 机械制造
齿轮机构用于工厂设备和机械运行的传动系统。
3 航天工业
齿轮机构用于控制和导航飞行器，实现精确的运动控制。
齿轮机构的优缺点
优点
• 高效能量传递 • 精确的动力转换 • 可靠性和耐久性
缺点
• 噪音和振动 • 需要润滑和维护 • 有限的速度和扭矩范围
齿轮机构的设计考虑因素
齿轮模数
决定齿轮尺寸和啮合性能的参数。
斜齿轮
齿条倾斜，产生平滑的齿轮啮合。
行星齿轮
中心齿轮包围周围的行星齿轮，实现高速与低 速的转换。
齿轮机构的工作原理
1
啮合
齿轮通过齿廓的啮合，沿着相对方向旋转。
2
转速比
齿轮数量和直径确定了转速的比例。
3
传递力量
齿轮之间的啮合使能量和力量得以传递。
齿轮机构的应用领域
机械设计基础齿轮传动
材料与热处理对齿轮性能的影响
对齿轮的承载能力的影响
不同材料和热处理方法会影响齿轮的 硬度、韧性等力学性能，从而影响其 承载能力。
对齿轮的耐磨性的影响
材料和热处理方法会影响齿轮表面的 硬度、粗糙度等物理性能，从而影响 其耐磨性。
对齿轮的抗疲劳性能的影响
材料和热处理方法会影响齿轮的内部 组织结构和残余应力分布，从而影响 其抗疲劳性能。
采用先进的测量技术
采用先进的测量仪器和测量方法，提高齿轮 各项公差的检测精度和效率。
05
齿轮的润滑与密封
齿轮润滑的作用与要求
01
02
03
04
减摩抗磨
降低齿轮传动过程中的摩擦系 数，减少磨损，提高传动效率
。
冷却降温
将齿轮传动过程中产生的热量 带走，防止齿轮过热变形。
清洗清洁
将齿轮表面的杂质和氧化物清 洗干净，保持齿轮表面光洁。
封等。
06
齿轮传动的失效形式与设计准则
齿轮传动的失效形式及其原因
轮齿折断
由于过载、冲击或材料疲劳等原因，导 致轮齿在应力作用下发生断裂。
齿面点蚀
由于交变应力作用，齿面出现疲劳裂 纹并扩展，最终导致小块金属剥落形
成点蚀。
齿面磨损
由于润滑不良、颗粒污染或接触应力 过大等原因，导致齿面材料逐渐损失 。
对齿轮的耐蚀性的影响
不同材料和热处理方法会影响齿轮的 化学稳定性和耐蚀性，从而影响其在 腐蚀环境下的使用寿命。
04
齿轮的精度与公差
齿轮精度的基本概念
齿轮精度
是指齿轮实际参数与理论参数相符合的程度，包括齿轮的尺寸精度、形状精度和位置精 度。
齿轮精度等级
根据齿轮使用要求的不同，将齿轮的各项公差分为不同的等级，以满足不同传动性能的 要求。
机械设计基础章齿轮机构
③ 一对啮合的标准齿轮，小齿轮齿根厚度小于 大齿轮齿根厚度，抗弯能力有明显差别。
2.变位齿轮的概念 径向变位法：用改变刀具与轮坯径 向相对位置来切制齿轮的方法。
变位齿轮：用径向变位法的齿轮。 xm——移距或变位 x——移距系数或变位系数 规定：x 0 x 0 x0 正变位 零变位 负变位
O1
指状铣刀常用于加工大模 数（m＞22mm）齿轮，并 可用于切制人字齿轮。 盘状铣刀
2、特点 对于每一种齿数就要有一把铣刀
(原因:齿廓形状由m、z、α (db=mzcosα) 三个参数决定。 为减少铣刀数量, 在齿形误差范围内, 用一把铣刀铣出几个齿数相近的齿轮。 刀号 轮齿 数
1
12~13
2
3
4
5
产生根切的原因
刀具齿顶线没超过啮合极限点N1:不发生根切 刀具齿顶线超过啮合极限点N1：便将根部已切制出的渐开线 齿廓再切去一部分。
o 刀顶线 r
节线
0 r rb 刀顶线 p B1
N1
根切
r
b
p
刀刃 Ⅱ
节线
刀顶线没超过啮合极限点N1 刀顶线正常位置
刀顶线超过啮合极限点N1
避免根切的方法： 应使刀具齿顶线不超过啮合线的极限点N1 o 刀顶线
26~34
6
35~54
7
55~13 4
8
≥135
14~16 17~20 21~25
缺点：加工精度低；加工不连续，生产率低；加 工成本高。 优点：可以用普通铣床加工。 3、适用场合：主要用于修配和小批量生产。
二、范成法
1.加工原理： 一对齿轮互相啮合时， 共轭齿廓互为包络线。 设想 将一齿轮变为刀具， 另一齿轮作为轮坯， 并使二者仍按原传动比进 行传动， 则：刀具的齿廓便在轮坯 上包络出与其共轭的齿廓。
2.变位齿轮的概念 径向变位法：用改变刀具与轮坯径 向相对位置来切制齿轮的方法。
变位齿轮：用径向变位法的齿轮。 xm——移距或变位 x——移距系数或变位系数 规定：x 0 x 0 x0 正变位 零变位 负变位
O1
指状铣刀常用于加工大模 数（m＞22mm）齿轮，并 可用于切制人字齿轮。 盘状铣刀
2、特点 对于每一种齿数就要有一把铣刀
(原因:齿廓形状由m、z、α (db=mzcosα) 三个参数决定。 为减少铣刀数量, 在齿形误差范围内, 用一把铣刀铣出几个齿数相近的齿轮。 刀号 轮齿 数
1
12~13
2
3
4
5
产生根切的原因
刀具齿顶线没超过啮合极限点N1:不发生根切 刀具齿顶线超过啮合极限点N1：便将根部已切制出的渐开线 齿廓再切去一部分。
o 刀顶线 r
节线
0 r rb 刀顶线 p B1
N1
根切
r
b
p
刀刃 Ⅱ
节线
刀顶线没超过啮合极限点N1 刀顶线正常位置
刀顶线超过啮合极限点N1
避免根切的方法： 应使刀具齿顶线不超过啮合线的极限点N1 o 刀顶线
26~34
6
35~54
7
55~13 4
8
≥135
14~16 17~20 21~25
缺点：加工精度低；加工不连续，生产率低；加 工成本高。 优点：可以用普通铣床加工。 3、适用场合：主要用于修配和小批量生产。
二、范成法
1.加工原理： 一对齿轮互相啮合时， 共轭齿廓互为包络线。 设想 将一齿轮变为刀具， 另一齿轮作为轮坯， 并使二者仍按原传动比进 行传动， 则：刀具的齿廓便在轮坯 上包络出与其共轭的齿廓。
机械设计基础第9章齿轮传动
9.2 渐开线和渐开线齿廓
9.2.1 渐开线的形成及性质
当一直线BK 沿半径为rb的圆作纯 滚动时，该直线上任一点K 的轨迹
就是该圆的渐开线。
渐开线的性质
展角
1）发生线沿基圆滚过的长度，等 于基圆上被滚过的圆弧长度，即：
AB = BK
2）渐开线上任意点的法线必切于基圆。
3）渐开线距基圆越远的部分，曲率半 径愈大，反之亦然。
标准值，单位为mm.
◆ d=mz，p= m
◆ 齿数相同的齿轮，模数越大，尺寸越大。
分度圆压力角
任意圆压力角 基圆a上i 的压ar力cc角os等rrbi于0
分度圆压力角a （齿形角） a arccos rb
r
rb r cosa
分度圆大小相同的齿轮，其齿廓渐开线的形状随压力角
渐开线齿轮传力性能好。
（3）渐开线齿轮具有可分性
中心距变动不影响传动比
O1N1P ∽ O2N2P
i12
1 2
O2 P O1P
rb2 rb1
渐开线齿轮的传动比取 决于两轮基圆半径的比
传动的可分性 指渐开线齿轮传动中心距变化
不影响其传动比的特性
（4）四线合一 啮合线、啮合点的公法线、两齿轮基圆内公切线、 啮合点的受力方向线
（3）渐开线的极坐标参数方程
rk= rb/cos ak qk = inv ak= tg ak - ak
（4）渐开线的直角坐标方程
x rb sin u rbu cos u y rb cos u rbu sin u
9.3 渐开线直齿圆柱齿轮
9.3.1 渐开线齿轮各部分名称及符号
第9章 齿轮传动
9.1、齿轮传动的特点与基本类型
机械设计常用机构
机械设计常用机构机械设计是一门综合性的学科，涉及到各种各样的机构和装置。
在机械设计中，机构是非常重要的一部分，它负责传递和转换力、运动和能量，从而实现机械装置的各项功能。
在机械设计中，常用的机构有很多种。
这些机构可以根据其功能、结构和运动特性进行分类和归纳。
下面，我将对一些常用的机构进行介绍。
一、连杆机构连杆机构是机械设计中最基本也是最常用的一种机构。
它由杆件和关节组成，通过杆件的连接和关节的运动，实现力和运动的传递。
连杆机构广泛应用于各种机械装置中，如汽车发动机的连杆机构、拉杆机构等。
二、齿轮机构齿轮机构是一种通过齿轮的相互啮合来传递运动和力的机构。
齿轮机构具有传动比恒定、传递力矩大、传递效率高等特点，广泛应用于各种传动装置中，如汽车变速器、机床传动等。
三、减速机构减速机构主要通过齿轮、皮带等传动元件将输入的高速运动转换为输出的低速运动。
减速机构在机械设计中非常常见，用于满足不同场合的运动速度要求。
四、滑块机构滑块机构是一种通过滑块在导轨上做直线运动来实现运动转换和力传递的机构。
滑块机构广泛应用于各种机械装置中，如工具机的进给机构、压力机的传动机构等。
五、摆线机构摆线机构是一种通过连杆和摆线来实现直线运动的机构。
它通过摆线的特殊形状和连杆的运动，将旋转运动转换为直线运动，广泛应用于各种机械装置中，如剪切机的摆线滑块机构、织机上纬缸的摆线机构等。
六、万向节机构万向节机构是一种通过球面和容器来实现输动与变动传动的机构。
它具有结构简单、运动灵活等优点，广泛应用于汽车、船舶和航空等领域。
以上介绍的只是机械设计中的一小部分常用机构，还有很多其他的机构在实际设计中也扮演着重要的角色。
在进行机械设计时，我们需要根据具体的应用要求和设计目标选择合适的机构，合理地组合和运用这些机构，以实现设计的目的。
总结起来，机械设计中常用的机构有连杆机构、齿轮机构、减速机构、滑块机构、摆线机构和万向节机构等。
这些机构在机械装置中起着重要的作用，通过它们的运动和力传递，实现了各种功能和要求。
2024年机械设计基础课件!齿轮机构H
机械设计基础课件!齿轮机构H机械设计基础课件：齿轮机构一、引言齿轮机构是机械设计中应用最广泛的一种传动机构，其结构简单、传动效率高、可靠性好，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮机构由齿轮副组成，包括齿轮、轴、轴承等零部件。
本课件将介绍齿轮机构的基本原理、分类、传动比计算、齿轮啮合条件、齿轮强度计算等内容。
二、齿轮机构的基本原理齿轮机构是利用齿轮的啮合来实现两轴之间的运动和动力传递的装置。
当两个齿轮啮合时，主动齿轮转动，通过齿轮啮合将动力传递给从动齿轮，从而实现运动的传递。
齿轮的啮合原理是基于齿廓曲线的几何关系，齿廓曲线是齿轮啮合的基础。
三、齿轮机构的分类齿轮机构根据齿轮的形状和布置方式可以分为多种类型，常见的有直齿轮机构、斜齿轮机构、蜗轮蜗杆机构等。
1.直齿轮机构：直齿轮机构是齿轮齿面与轴线垂直的齿轮机构，其传动平稳、噪音低，但承载能力相对较小。
2.斜齿轮机构：斜齿轮机构是齿轮齿面与轴线呈一定角度的齿轮机构，其传动效率高、承载能力强，但噪音相对较大。
3.蜗轮蜗杆机构：蜗轮蜗杆机构是利用蜗杆和蜗轮的啮合来实现传动的，其传动比大、传动平稳，但效率相对较低。
四、齿轮机构的传动比计算齿轮机构的传动比是指主动齿轮与从动齿轮转速的比值。
传动比的计算公式为：传动比=从动齿轮齿数/主动齿轮齿数在实际应用中，根据工作需求确定传动比，然后根据传动比选择合适的齿轮齿数，以满足设计要求。
五、齿轮啮合条件1.齿廓重合条件：齿轮啮合时，齿廓必须保持连续接触，避免齿廓间的冲击和滑动。
2.齿顶隙条件：齿轮啮合时，齿顶之间应保持一定的间隙，以避免齿顶干涉。
3.齿根隙条件：齿轮啮合时，齿根之间应保持一定的间隙，以避免齿根干涉。
4.齿侧隙条件：齿轮啮合时，齿侧之间应保持一定的间隙，以允许润滑油的进入和排出。
六、齿轮强度计算齿轮强度计算是齿轮设计的重要环节，主要包括齿面接触强度计算和齿根弯曲强度计算。
1.齿面接触强度计算：齿面接触强度计算是确定齿轮齿面接触应力是否满足材料屈服极限的要求。
《机械设计基础》杨可帧试题库及详细答案
成。 ………………（√ ）
6、 整体式连杆是最小的制造单元，所以它是零件而不是构
件。 ……（ × ）
7、 连杆是一个构件，也是一个零件。………………………（ √）
8、 减速器中的轴、齿轮、箱体都是通用零
件。 ………………………………（× ）
二、选择(每题一分)
1、 组成机器的运动单元体是什么？（ B ）
第五章 其他常用机构
一、判断题：
1．单向间歇运动的棘轮机构，必须要有止回棘
爪。
√
2．棘轮机构和槽轮机构的主动件，都是作往复摆动运动
的。
×
3．槽轮机构必须有锁止圆
弧。
√
１７
4．止回棘爪和锁止圆弧的作用是相同
的。
?”5．摩擦式棘轮机构是“无级”传动
的。
√
6．槽轮机构运动系数τ恒小于
0.5.
×
7．棘轮机构运动平稳性差，而槽轮机构运动平稳性
__。
１４
5.凸轮理论轮廓曲线上的点的某点的法线方向(即从动杆的受力方
向）与从动杆速度方向之间的夹角称为凸轮在该点的_压力角___。
6.随着凸轮压力角α增大，有害分力 F2 将会_增大__而使从动杆自
锁“卡死”，通常对移动式从动杆，推程时限制压力角α。
7.等速运动凸轮在速度换接处从动杆将产生__刚性_冲击，引起机
D．摆动导
杆机构
10. C 能把转动运动转换成往复直线运动，也可以把往复直线
运动转换成转动运动。
A.曲柄摇杆机构
B.双曲柄机
构
C.双摇杆机构
D．曲柄滑决
机构
１１
11.设计连杆机构时，为了具有良好的传动条件，应使 A 。 A.传动角大一些，压力角小一些 B.传动角和压力角都小一些 C.传动角和压力角都大一些。 12.在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，且 D 处于共线位置时， 机构处于死点位置。 A.曲柄与机架 B.曲柄与连杆 C.连杆与摇杆 13.在摆动导杆机构中，当曲柄为主动件时，其传动角 A 变化 的。 A.是由小到大 B.是由大到小 C.是不。 14.下图所示的摆动导杆机构中，机构的传动角是 B 。 A.角 A B.角 B D.0° E.90°。
机械设计基础课程设计(带-齿轮)
五. 轴承的选择与校核
（一）高速轴滚动轴承的选择与校核
1. 初选轴承的类型和型号
（在轴的结构设计时进行）
类型选择：
载荷条件；转速条件；装调性能；调心性能；经济性
型号选择：
轴颈尺寸：（推荐初选轻系列轴承）
2. 计算轴承径向载荷
Fr RV2 RH2
说明
五. 轴承的选择与校核
3. 计算轴向载荷Fa1，Fa2
一般可取：
nd (6∼ 12)nw
一. 传动装置的总体设计 列出符合转速、功率要求的多种电机（多方案）
电机转速
方 电动机 额定
电机 参考 总传
案 型号 功率 同步 满载 重量 价格 动比
转速 转速
1
2
3
一. 传动装置的总体设计
对满足要求的电机 的重量、价格、外形尺 寸、传动比进行比较， 选择一种电机。
1. 选择轴的材料，确定许用应力 2. .初步计算最小轴径
d C3 P n
注意：轴径的圆整（键槽、联轴器、标准直径）
四. 轴的结构设计与强度校核
（一）高速轴的设计
3. 轴的结构设计
(1). 轴上零件装配、定位和固定 画轴系结构图（教材P214:图9.15）
(2). 确定各段直径和长度 综合箱体、轴承盖的设计统一考虑
二. V带传动的设计计算
带轮结构设计
带轮轮缘宽度: 带轮轮毂宽度:
B=(Z-1)e+2f L=(1.5～2)d 当B<1.5d时，L=B
注意: 带轮直径确定后，应验算带传动实际传动比 和大带轮转速，并以此修正减速器传动比和输 入转矩。
i2 i / i1实
三. 齿轮传动的设计计算与校核
三. 齿轮传动的设计计算与校核
机械设计基础 齿轮传动
P= z d
径节的单位为1／英寸，分度圆直径的单位为英寸。 模数与径节的换算关系为：
m= 25.4 P
显然径节与模数正好相反，径节越大，周节越小，即模数小，英制齿轮常 用径节有以下几种： 2、2.5、3、4、6、8、10、12、16、20。
6．4．1
保持恒定的瞬时传动比
下图为一对啮合的齿轮。rb1、rb2为两齿轮的基圆半径，N1N2为两基圆的内公切 线，设在某一瞬时，两齿廓在K点接触，过K点作两齿廓的公法线nn，根据渐开线性 质2，过K和K’点作两圆的法线，必与N1N2重合。当经过Δt时间后，主动齿轮O1转过 角ψ1，从动齿轮转过角ψ2，两齿轮齿廓在K’点接触。渐开线齿廓的啮合点始终是 沿着两个基圆内公切线N1N2移动。所以N1N2就是啮合点K的移动轨迹，叫做啮合线。 根据渐开线性质1可知，弧长
（2）应用特点 在机械传动中，齿轮传动应用最广泛。在工程机械、矿山机械、冶金机械以及各 类机床中都应用着齿轮传动。齿轮传动所传递的功率从几w至几万kW；它的直径从不 到1mm的仪表齿轮，到10 m以上的重型齿轮；它的圆周速度从很低到100m／s以上。 大部分齿轮是用来传递旋转运动的，但也可以把旋转运动变为直线往复运动，如齿 轮齿条传动。 与其他传动相比齿轮传动有如下特点： ①瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠； ②适用范围广；可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动；传递的功率和速度 范围较大； ③结构紧凑、工作可靠，可实现较大的传动比； ④传动效率高、使用寿命长； ⑤齿轮的制造、安装要求较高； ⑥不适宜远距离两轴之间的传动。 (3）对齿轮传动的基本要求 采用齿轮传动时，因啮合传动是个比较复杂的运动过程，对其要求是： ①传动要平稳 要求齿轮在传动过程中，任何瞬时的传动比保持恒定不变。以保 持传动的平稳性，避免或减少传动中的噪声、冲击和振动。 ②承载能力强 要求齿轮的尺寸小，重量轻，而承受载荷的能力大。即要求强度 高，耐磨性好，寿命长。
径节的单位为1／英寸，分度圆直径的单位为英寸。 模数与径节的换算关系为：
m= 25.4 P
显然径节与模数正好相反，径节越大，周节越小，即模数小，英制齿轮常 用径节有以下几种： 2、2.5、3、4、6、8、10、12、16、20。
6．4．1
保持恒定的瞬时传动比
下图为一对啮合的齿轮。rb1、rb2为两齿轮的基圆半径，N1N2为两基圆的内公切 线，设在某一瞬时，两齿廓在K点接触，过K点作两齿廓的公法线nn，根据渐开线性 质2，过K和K’点作两圆的法线，必与N1N2重合。当经过Δt时间后，主动齿轮O1转过 角ψ1，从动齿轮转过角ψ2，两齿轮齿廓在K’点接触。渐开线齿廓的啮合点始终是 沿着两个基圆内公切线N1N2移动。所以N1N2就是啮合点K的移动轨迹，叫做啮合线。 根据渐开线性质1可知，弧长
（2）应用特点 在机械传动中，齿轮传动应用最广泛。在工程机械、矿山机械、冶金机械以及各 类机床中都应用着齿轮传动。齿轮传动所传递的功率从几w至几万kW；它的直径从不 到1mm的仪表齿轮，到10 m以上的重型齿轮；它的圆周速度从很低到100m／s以上。 大部分齿轮是用来传递旋转运动的，但也可以把旋转运动变为直线往复运动，如齿 轮齿条传动。 与其他传动相比齿轮传动有如下特点： ①瞬时传动比恒定，平稳性较高，传递运动准确可靠； ②适用范围广；可实现平行轴、相交轴、交错轴之间的传动；传递的功率和速度 范围较大； ③结构紧凑、工作可靠，可实现较大的传动比； ④传动效率高、使用寿命长； ⑤齿轮的制造、安装要求较高； ⑥不适宜远距离两轴之间的传动。 (3）对齿轮传动的基本要求 采用齿轮传动时，因啮合传动是个比较复杂的运动过程，对其要求是： ①传动要平稳 要求齿轮在传动过程中，任何瞬时的传动比保持恒定不变。以保 持传动的平稳性，避免或减少传动中的噪声、冲击和振动。 ②承载能力强 要求齿轮的尺寸小，重量轻，而承受载荷的能力大。即要求强度 高，耐磨性好，寿命长。
机械设计基础齿轮机构
机械设计基础齿轮机构1. 引言齿轮机构是机械设计中常见的一种传动方式。
它通过齿轮的咬合来传递动力和扭矩，广泛应用于机械设备、交通工具和工业机械等领域。
本文将介绍齿轮机构的基本原理、常见类型以及设计考虑要点。
2. 齿轮机构的基本原理齿轮机构的基本原理是利用齿轮的咬合来传递动力和扭矩。
齿轮是一种具有齿形的圆盘，上面分布着一定数量的齿。
在使用过程中，两个齿轮通过齿形之间的咬合来实现动力传递。
齿轮机构中常见的几个重要参数包括模数、齿数、齿轮的齿宽、齿高和齿形等。
这些参数直接影响着齿轮机构的传动效率、准确性和稳定性。
3. 齿轮机构的常见类型齿轮机构可以分为多种类型，其中比较常见的有以下几种：3.1 平面齿轮机构平面齿轮机构是最为常见的一种齿轮机构。
在平面齿轮机构中，齿轮的齿面在一平面上，可以实现平行轴的传动。
3.2 锥齿轮机构锥齿轮机构是一种轴线不平行的齿轮机构。
它主要通过两个锥齿轮的咬合来实现不同轴线的传动。
3.3 内外啮合齿轮机构内外啮合齿轮机构是由一个内圆周上的内齿轮和一个外圆周上的外齿轮组成的。
它可以实现多个轴线上的传动。
3.4 行星齿轮机构行星齿轮机构是由一个固定轴上的太阳齿轮、一个行星齿轮和一个内外啮合的太阳齿轮组成的。
行星齿轮机构可以实现大扭矩传动。
4. 齿轮机构的设计考虑要点在设计齿轮机构时，需要考虑以下几个要点：4.1 传动比传动比是指驱动齿轮与被驱动齿轮之间的齿数比例。
传动比的选择要满足设计要求，例如实现一定的速度比或者扭矩比。
4.2 效率齿轮机构的传动效率是指实际输出功率与输入功率之间的比值。
设计时要尽量提高传动效率，减少能量损失。
4.3 空间布局齿轮机构的空间布局对整个机构的紧凑性和运动平稳性影响很大。
在设计时要充分考虑机构的空间限制，合理布置各个齿轮。
4.4 齿轮材料选择齿轮的材料选择要满足设计要求，例如高强度、耐磨性和耐腐蚀性等。
常见的齿轮材料有钢、铸铁和塑料等。
5. 结论齿轮机构是机械设计中常见的一种传动方式，通过齿轮的咬合来实现动力和扭矩的传递。
机械设计基础课件 第九章 轮系PPT课件
转化后所得轮系称为原轮系的 “转化轮系” 第7页/共33页
将轮系按－ωH反转后，各构件的角速度的变化如下:
构件
原角速度
转化后的角速度1Biblioteka ω1ωH1＝ω1－ωH
2
ω2
ωH2＝ω2－ωH
3
ω3
ωH3＝ω3－ωH
H
ωH
ωHH＝ωH－ωH＝0
2 H
1 3
2 H
1 3
转化后: 系杆=>机架， 周转轮系=>定轴轮系， 可直接套用定轴轮系传动比的计算公式。
第11页/共33页
3)
i1H3
n1H n3H
n1 nH n3 nH
1 nH =－3 1 nH
n1=1, n3=1
n 1 这是数学上0比0未定
H
型应用实例
得： i1H = n1 / nH =1 ,
两者转向相同。
轮1轮3各逆时针转1圈，则系 杆逆时针转1圈。
三个基本构件无相对运动！
结论：
imHn
m H H
imH
1
即 imH 1 imHn 1 f (z)
以上公式中的ωi 可用转速ni 代替: 两者关系如何？
ni=(ωi/2
π)60
=ωi
30 π
rpm
用转速表示有：
imHn
nmH nnH
nm nH nn nH
= f(z)
第10页/共33页
例二 2K－H 轮系中， z1＝z2＝20, z3＝60 2
若 Z1=100, z2=101, z2’=100, z3=99。 i1H＝1-iH13＝1-101×99/100×100 ＝1/10000,
iH1＝10000
机械设计基础课件齿轮机构H(2024)
承受重载
工业机器人通常需要承受较大的负载，齿轮机构具有较高的承载能 力和耐久性。
实现多轴联动
通过多个齿轮机构的组合，实现工业机器人多轴联动，完成复杂的空 间运动。
2024/1/25
27
航空航天领域中齿轮机构应用
实现动力传输
在航空航天器中，齿轮机构用于将发动机的动力 传输到各个需要驱动的部件上。
减轻重量
2024/1/25
15
04
齿轮机构设计方法与步骤
2024/1/25
16
设计任务书解读与参数确定
明确设计任务
了解齿轮机构的工作条件、传动性能要求以及设计约束等。
2024/1/25
参数确定
根据设计任务书，确定齿轮机构的传动比、中心距、模数等 关键参数。
ห้องสมุดไป่ตู้17
传动方案选择及优化
传动类型选择
根据工作条件和性能要求，选择合适 的齿轮传动类型，如平行轴齿轮传动 、相交轴齿轮传动或交错轴齿轮传动 等。
机械设计基础课件齿轮机构 H
2024/1/25
1
contents
目录
2024/1/25
• 齿轮机构概述 • 齿轮机构基本原理 • 常见齿轮机构类型及特点 • 齿轮机构设计方法与步骤 • 齿轮机构制造工艺与质量控制 • 齿轮机构应用实例分析
2
2024/1/25
01
齿轮机构概述
3
齿轮机构定义与分类
工业革命时期
随着工业革命的兴起，齿轮机构得到了广泛的应用和发展 。蒸汽机的出现促进了齿轮机构的改进和完善，使得其能 够传递更大的动力和承受更高的负载。
现代发展
随着计算机技术和先进制造技术的不断发展，现代齿轮机 构的设计、制造和检测水平不断提高，使得其性能更加优 越、应用范围更加广泛。
工业机器人通常需要承受较大的负载，齿轮机构具有较高的承载能 力和耐久性。
实现多轴联动
通过多个齿轮机构的组合，实现工业机器人多轴联动，完成复杂的空 间运动。
2024/1/25
27
航空航天领域中齿轮机构应用
实现动力传输
在航空航天器中，齿轮机构用于将发动机的动力 传输到各个需要驱动的部件上。
减轻重量
2024/1/25
15
04
齿轮机构设计方法与步骤
2024/1/25
16
设计任务书解读与参数确定
明确设计任务
了解齿轮机构的工作条件、传动性能要求以及设计约束等。
2024/1/25
参数确定
根据设计任务书，确定齿轮机构的传动比、中心距、模数等 关键参数。
ห้องสมุดไป่ตู้17
传动方案选择及优化
传动类型选择
根据工作条件和性能要求，选择合适 的齿轮传动类型，如平行轴齿轮传动 、相交轴齿轮传动或交错轴齿轮传动 等。
机械设计基础课件齿轮机构 H
2024/1/25
1
contents
目录
2024/1/25
• 齿轮机构概述 • 齿轮机构基本原理 • 常见齿轮机构类型及特点 • 齿轮机构设计方法与步骤 • 齿轮机构制造工艺与质量控制 • 齿轮机构应用实例分析
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2024/1/25
01
齿轮机构概述
3
齿轮机构定义与分类
工业革命时期
随着工业革命的兴起，齿轮机构得到了广泛的应用和发展 。蒸汽机的出现促进了齿轮机构的改进和完善，使得其能 够传递更大的动力和承受更高的负载。
现代发展
随着计算机技术和先进制造技术的不断发展，现代齿轮机 构的设计、制造和检测水平不断提高，使得其性能更加优 越、应用范围更加广泛。
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KT1
i a[ ]H 2
a
b a
齿宽系数
a 48(i 1)3
KT1
i a[ ]H 2
讨论：
1、当一对齿轮的材料、传动比、齿宽系数一定时，接 触强度仅与中心距有关，与单个的m、Z无关。
2、接触强度计算公式中， H1 H2 H
3、许用接触应力 [ ]H min [ ]H1,[ ]H 2 4、齿宽 b min b1,b2
率半径。
O2 rb2
∞ N
3
∞ O3
（3）渐开线的形状决定于基圆的大小
（4）基圆内无渐开线
（5）K点压力角
cos K
rb rK
二、渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律
O1N1P和O2 N2 P
i12
1 2
O2 P O1P
r2 r1
rb2 rb1
1 O1
r'1 rb1 '
Ⅰ
N1
'
t
PK
t
II
g2 g1
传动比i12不受影响
O2
1
O1
三、重合度
r'1 ra2 r'2
rb1 rb2
起始啮合点B2 终止啮合点B1
B2 N1
C B1
P
D
N2
B1B2 ——实际啮合线 N1N2 ——理论啮合线
CD弧 ----啮合弧
CD弧 p
啮合弧 节圆齿距
齿轮传动的连续性条件
1
重合度的意义
ε＞１：啮合弧＞齿距，在啮合的某一段时间内有一对齿 互相啮合，其它时间有两对齿啮 合
§9—8 齿轮材料及热处理
一、常用的齿轮材料 1、钢 （1）锻钢
（2）铸钢
软齿面齿轮 HBS≤350 硬齿面齿轮 HBS>350
2、铸铁 3、指非金金属属在材[再料结晶温度以下]的温度进行塑性变形加工而 二、齿导称轮致作材的冷料材作的料硬强化选度。择、原硬则度升高,塑性韧性下降的工艺,都可以 钢制软比齿如冷面拔齿可轮以提要高求钢丝小的齿强轮度,硬冷轧度可大以提于高大板齿材、轮型3材0的-强50度,喷 原HB因S丸 可：处以1理提）可高小以一提些齿高工轮齿具轮手齿、 柄根弹 的强簧 摩等 擦度工 力较件 等的.弱抗疲劳性能,提高寿命,滚压压花
H 0.418
qE
?
q Fn b
接 触 线 单 位 长 度 上 的 载荷
b : 齿 宽 ；Fn： 圆 柱 体 受 的 法 向 载 荷
E 2E1E2 E1 E2
综合弹性模量
E1,E2为两圆柱体的弹性模量
——啮合点齿廓综合曲率半径 1 1 1
1 2
啮合点齿廓综合曲率半径
rb1 r1
齿顶高ha
齿根高hf
齿全高h：h=ha+hf
同齿数不同模数
二、标准齿轮的基本参数
1、模数m
d zp
d pz
定义模数 m p
p m
∴d=mz 单位：mm m标准化
2、分度圆压力角α
rK
rb
cos K
rb
r cos
mz cos
2
分度圆--齿轮上具有标准模 数和标准压力角的圆
分度圆和节圆区别与联系
三、标准直齿轮的几何尺寸
标准齿轮：标准齿轮是指m、α、ha*、c* 均取标准
值，具有标准的齿顶高和齿根高，且分度
圆齿厚等于齿槽宽的齿轮
d=mz
ha= ha*mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
da=d+2ha=(z+2 ha*)m df=d-2hf=(z-2 ha*-2 c*)m
db=dcosα
hf=( ha*+ c*)m h=ha+hf=(2 ha*+ c*)m
2ai d2 id1 i 1
12 1 2
ia sin
i 12
(a)
接 触 线 单 位 长 度 上 的 载荷
q Fn K Ft K 2T1K
b
b cos b cos • d1
(i 1)T1K (b)
ab cos
K——载荷系数，K＝1.3～1.6
将q 、E、 ρ带入
H 0.418
qE
i12
1 2
O2 P O1P
r2 r1
传动比
P——节点
节圆 r1, r2
齿廓啮合的基本定律
不论两齿廓在哪一点啮合， 过啮合点所作的齿廓公法线都 与连心线交于一定点P
二、共轭齿廓，共轭曲线
凡满足齿廓啮合基本定律 的一对齿轮的齿廓称共轭齿廓
共轭齿廓的齿廓曲线称为 共轭曲线
三、齿廓曲线的选择 1.满足定传动比的要求 2.考虑设计、制造等方面
p
§９—7 根切，最小齿数，变位齿轮
1.根切：
根切原因看录象
危害：①切掉渐开线齿廓,传动比不恒定 ②削弱了齿根强度 ③降低重合度
2、齿轮不发生根切的最少齿数
ha*m NM
NM PN sin r sin 2 mz sin 2
2
ha*m
mz 2
sin
2
r
z
2ha*
sin 2
20 ha* 1
压应力和剪应力较小，忽 略其影响，只计弯曲应力 的影响。
F
M W
Fn cosh
bS 2
6
Ft b
6 cos h S 2 cos
Fr Ft
F
Ft b
6cos h S 2 cos
Ft
6( h ) cos
m
bm ( S )2 cos
m
齿形系数YFa (表9 6）
则 F
Ft bm
YF
YF——齿形系数，只与齿形有关，即与α，ha*,z有 关，当α，ha*为定值时，YF只与z有关，与m无关
N2
' 2
rb2 r'2
O2
三、渐开线齿廓的啮合特点
1、渐开线齿廓的啮合线为直线
1 O1
——N1N2 (啮合点的轨迹).
r'1 rb1 '
啮合线、公法线、两基圆的内公 Ⅰ
N1 '
切线三线重合
t
PK
t
II
g2 g1
N2
2、渐开线齿廓啮合的啮合角不变
α′=N1N2与节圆公切线之间的夹角 α′=渐开线在节点处啮合的压力角
2、齿廓在不同高度上的齿距均相等，但齿厚和槽宽 各不相同，分度线（齿条中线）：s=e
3、尺寸计算：同标准齿轮一样
五、内齿轮
（1） 内齿轮的齿廓 是内凹的，其齿厚和 齿槽宽分别对应于外 齿轮的齿槽宽和齿厚。
（2） 内齿轮的齿顶圆 小于分度圆，齿根圆大 于分度圆。 （3） 为了使内齿轮与外齿轮组成的内啮合齿轮传动 能正确啮合，内齿轮的齿顶圆必须大于基圆。（内齿 轮的顶圆部分参与啮合）
p=πm s e 1 m
a
1 2
(d 2
d1 )
1 2
m( z 2
2 z1 )
①m、z是决定齿轮大小的主要参数
②轮齿的尺寸与m， ha* ， c* 有关，与z无关 ③齿形与m，z，α有关
四、标准齿条
z→∞
1、齿廓不同高度上的压力角均相等，且等于齿廓的 倾斜角，此角称为齿形角，α=齿形角（20°）
法向力
Fn1
Ft
cos
Fn2
Fr
其中：T1—小齿轮的扭矩，N•mm
Ft
d1—小齿轮的节圆直径，mm
—压力角，对标准齿轮， =20°
二、齿面接触疲劳强度计算 假设：1、以节点处的接触应力为计算依据
2、单齿对承担载荷 轮齿在节点处接触相当于两个圆柱体相互接触
接触应力 H [ ]H
由赫兹公式知，两圆柱体接触处的最大接触应力为
Zmin 17
P
B2 N
ha*m
P
M
3、变位齿轮
径向变位法
xm——移距或变位
x——移距系数或变位系数
规定：x 0 x 0 x 0 正变位 零变位 负变位
变位齿轮和标准齿轮相比：
m、α、r、rb、p不变 s、ha、hf 、da、df变化
1）避免根切 2）改善小齿轮的寿命，使一对齿轮的寿命相当 3）凑小中心距 a a
2）小齿轮的应力循环次数较多
3）当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮 会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用， 可提高大齿轮的接触疲劳强度
§9—9 轮齿的失效形式及计算准则
一、失效形式 1、轮齿折断
2、齿面疲劳点蚀
3、齿面磨损
4、齿面胶合
5、齿面塑性变形
二、设计准则
主要失效形式
设计准则
闭式软齿面齿轮 齿面疲劳点蚀 齿面接触疲劳强度 准则
GB1356-88规定标准值α=20°
国外：α=14.5°、15°、22.5°、25°
3、齿数z
rb
d mz
mz cos
2
齿轮的大小和渐开线齿轮形状 都与齿数有关
4、齿顶高系数 ha*和顶隙系数 c*
ha ha*m hf (ha* c* )m
标准值： ha* 1 c* 0.25
非标准短齿： ha* 0.8 c* 0.3
H 0.418
qE 0.418
2(i 1)3 ET1K
a2ibsin 2
H 0.418
qE 0.418
2(i 1)3 ET1K
a2ibsin 2
对于α＝20。的一对钢齿轮（E=20.6x106MPa）
校核公式
H
335 a
KT1 b
(i 1)3 i
[ ]H
设计公式
a 48(i 1)3
5、当非钢与钢齿轮配对时，要对系数335、48修正。