机械设计齿轮传动
机械设计中的齿轮传动与机构设计
机械设计中的齿轮传动与机构设计在机械设计领域中，齿轮传动与机构设计是两个非常重要的方面，它们在各种机械设备和装置中起到关键作用。
本文将介绍齿轮传动和机构设计的基本概念、原理和应用。
一、齿轮传动齿轮传动是一种通过齿轮的啮合，将动力从一个轴传递到另一个轴的机械传动方式。
它通过齿轮的齿数、模数等参数来实现不同速度和力矩的传递。
齿轮传动的基本组成部分包括齿轮、轴、轴承等。
齿轮可以分为直齿轮、斜齿轮、蜗轮传动等不同类型，每种类型都有其特定的应用场景。
同时，齿轮的参数设计也非常关键，如齿轮的齿数、齿廓形状、齿轮的硬度等。
齿轮传动具有传动效率高、精度高、承载能力大等特点，广泛应用于各种机械设备中，如汽车传动系统、工程机械、航空航天等领域。
二、机构设计机构设计是指将多个零件组合在一起，通过相互连接和运动来实现特定的功能。
机构设计在机械系统中起到了关键的作用，它能够将传动装置和执行机构相连接，实现各种运动和动作。
机构设计的基本原则主要包括合理布局、协调运动、合适的传动和支撑等。
设计者需要根据具体要求，选取合适的机构类型，如连杆机构、齿轮机构、滑块机构等。
此外，在机构设计中，还需要考虑到机构的稳定性、动态特性、可靠性等因素。
通过合理的设计和优化，可以使机构具有高效、稳定和可靠的特性。
三、齿轮传动与机构设计的应用齿轮传动与机构设计在各个行业和领域中都有广泛的应用。
在汽车制造领域，齿轮传动被广泛应用于变速器、差速器等部件中，用于实现不同速度和力矩的传递。
机构设计则用于悬挂系统、转向系统等部件中，实现汽车的平稳行驶和驾驶操纵。
在工程机械领域，齿轮传动和机构设计被广泛应用于挖掘机、推土机等设备中，用于机械的移动和控制。
在航空航天领域，齿轮传动被应用于飞机的起落架、滑油泵等关键部件中，机构设计则用于实现飞机的各类操作和控制。
除此之外，齿轮传动和机构设计还应用于机床制造、电动工具、纺织机械等各个行业中。
综上所述，齿轮传动与机构设计在机械设计中具有非常重要的地位和作用。
机械设计 齿轮传动
第九节 齿轮传动的失效形式及计算准则
3、齿面胶合
齿面胶合
高速重载传动中，常因啮合区温度 升高而引起润滑失效，致使齿面金 属直接接触而相互粘连。当齿面向 对滑动时，较软的齿面沿滑动方向 被撕下而形成沟纹。
措施
1、提高齿面硬度 2、减小齿面粗糙度 低速 3、增加润滑油粘度 高速
4、加抗胶合添加剂
第九节§齿1轮1-1传动轮的齿失的效失形效式形及式计算准则
模数m不能成为衡量齿轮接触强度的依据。
第十三节 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算
齿面接触疲劳强度计算公式的说明
1）强度计算公式中，“+”号用于外啮合；“—”号用于内啮合。 2接进）触行配强计对度算齿设。轮计的时接，触应应将力［均σ相H1］同、，［即σσHH21］=σ中H2数。值在较用小公的式代进入行公齿式面 3）在齿轮的齿宽系数、材料及传动比已选定的情况下，影响齿 轮齿面接触疲劳强度的主要因素是齿轮直径。小齿轮直径（或传 动中心距）越大，齿轮的齿面接触强度就越高。所以在其他条件 不变的情况下，小齿轮的齿数选的适当多些可提高齿轮传动的接 触强度。 4）许用接触应力的计算
O2
赫兹公式
H
1 1
Fn •
1
2
b
1 12
1
2 2
E1
E2
“+”用于外啮合，“-”用于内啮合 节圆处齿廓曲率半径 实验表明：齿根部分靠近节点处最容易发
生点蚀，故取节点处的应力作为计算依据。
1
N1C
d1
s in
2
2
N2C
d2
s in
2
传动比 i= z2 /z1 = d2 /d1
中心距 a=(d2 ± d1)/2 = d1(i ±1)/2 或 d1 = 2a /(i ±1)
机械设计6—齿轮传动
d1↓ ，v ↓，KV ↓ a↓
d↓ → b ↓ ， σ H ↑
但 d↑↑→ b ↑↑，易承载不均，Kβ ↑
∴ 应合理选用d ，参见表10-7 ☆设计结果中小齿轮齿宽 b1=b+(5~10)mm，大齿轮齿宽 b2=b， 且要圆整。为什么？
齿轮传动获得广泛应用的原因之一。
优点
3. 效率高； 可达99％，常用的机械传动中，效率最高。 4. 结构紧凑。 1. 制造及安装精度要求高； 2. 成本高。
缺点
二、齿轮传动的分类
1. 按两轴线位置分：平行轴、相交轴、交错轴 2. 按工作条件分： 开式传动：低速传动，润滑条件差，易磨损； 半开式传动：装有简单的防护罩，但仍不能严密防止杂物侵入；
又T1= 9.55x106P/n1 = 9.55x106P/1440≤301138， 解得Pmax= 45.4 kW
§6-6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
一、齿面接触疲劳强度计算 失效形式、计算准则同直齿轮。 不同之处：1）∵有，接触线倾斜→↑接触强度，用考虑。 2）接触线长度随啮合位置而变化。
d — 齿宽系数 （表10-7） d = b/d1
[ H]— 齿轮许用齿面接触应力 （MPa）
[ H] = KHN. σHlim / SH
Hlim — 图10-21 ，SH =1 （一般可靠度） KHN — 接触寿命系数, 由应力循环次数N=60njLh和材
料查图10-19 2. 设计公式 d 1 3. 重要说明
5. 齿面塑性变形
常发生在低速重载软齿面齿轮传动中。 齿面在过大的摩擦力作用下处于屈服状态，产生沿摩擦力 方向的齿面材料的塑性流动，从而使齿面正常轮廓曲线被损坏。
机械设计基础中的齿轮传动设计
机械设计基础中的齿轮传动设计齿轮传动是机械设计中常见的一种传动方式，广泛应用于各种机械装置中。
在机械设计基础中，了解齿轮传动的设计原理和方法对于设计出高效可靠的机械装置具有重要意义。
本文将介绍齿轮传动设计的基本知识和注意事项。
一、齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮间的啮合来传递动力和运动的一种机械传动方式。
它由主动齿轮和从动齿轮组成，通过不同大小的齿轮啮合，实现运动和力的传递。
在齿轮传动设计中，需要考虑的基本参数有模数、齿数、压力角、齿轮间隙等。
模数是齿轮齿数与齿轮直径的比值，用来表示齿轮的尺寸大小；齿数是指齿轮上的齿的数量，决定了传动的速比；压力角是齿轮齿面与轴线之间的夹角，对齿轮的强度和传动性能有影响；齿轮间隙则是齿轮啮合时齿与齿之间的间隙，影响传动的精度和噪声。
二、齿轮传动设计的步骤在进行齿轮传动设计时，需要遵循一定的步骤，确保传动装置的性能和可靠性。
1. 确定传动比传动比是指主从动齿轮的齿数比值，决定了传动装置的输出速度和扭矩。
根据所需的输出速度和扭矩，选择合适的齿轮齿数组合，计算得出传动比。
2. 选择模数和齿轮参数根据传动比和要求的齿轮尺寸，选择合适的模数和齿数。
在进行选型时，需要考虑齿轮的强度、噪声和传动精度等要求。
3. 计算齿轮尺寸根据所选的模数和齿数，计算得出齿轮的尺寸和几何参数。
包括齿轮的外径、根圆直径、齿宽等。
4. 进行强度校核根据所选的齿轮尺寸和材料，进行强度校核。
通过计算齿轮的接触应力、弯曲应力和疲劳寿命等参数，判断齿轮的强度是否满足要求。
5. 进行传动效率计算根据齿轮的啮合条件和传动设计参数，计算传动的效率。
传动效率是指输入功率和输出功率之间的比值，可以评估传动装置的能量转换效率。
三、齿轮传动设计的注意事项在进行齿轮传动设计时，需要注意以下几点，以确保传动装置的性能和可靠性。
1. 合理选择齿轮材料齿轮传动中，对材料的选择要满足一定的强度和硬度要求。
常用的齿轮材料有合金钢、碳素钢等。
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。
2024版《机械设计基础》第六章齿轮传动
安全系数
在强度计算中引入安全系数，以保证齿轮 在极端工况下仍能安全可靠地工作。
齿轮疲劳寿命预测方法
疲劳寿命概念
齿轮在循环载荷作用下，经过一定次 数的应力循环后发生疲劳破坏的寿命。
影响因素
齿轮的疲劳寿命受多种因素影响，如 材料性能、制造工艺、润滑条件和使 用环境等。
预测方法
基于疲劳累积损伤理论，结合齿轮的 受力分析和材料特性，采用试验或数 值模拟等方法预测齿轮的疲劳寿命。
确定合理的齿轮参数
包括模数、齿数、压力角、螺旋角等， 以满足传动比、承载能力和传动平稳 性等要求。
保证齿轮的精度和强度
通过合理的制造工艺和材料选择，确 保齿轮具有足够的精度和强度，以承 受传动过程中的载荷和冲击。
考虑润滑和冷却
为齿轮传动装置提供适当的润滑和冷 却，以减少磨损、降低温度和防止腐 蚀。
典型齿轮传动装置实例分析
齿轮热处理工艺选择及优化
退火
消除齿轮内部应力，降低硬度，便 于加工。
正火
提高齿轮硬度和强度，改善切削性 能。
淬火
使齿轮获得高硬度和高耐磨性，提 高齿轮使用寿命。
回火
消除淬火产生的内应力，稳定齿轮 尺寸，提高韧性。
齿轮制造工艺流程简介
01
02
齿轮毛坯加工
包括锻造、铸造、焊接等工艺， 获得齿轮的基本形状。
齿轮传动具有传动比准确、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长等 优点。同时，齿轮传动也具有制造和安装精度要求高、成本较高等缺 点。
齿轮传动分类及应用
分类
根据齿轮的轴线相对位置，齿轮传动可分为平行轴齿轮传动、 相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动。根据齿轮的齿形，齿轮传 动又可分为直齿、斜齿、人字齿、圆弧齿等。
机械设计：齿轮传动的基本原理
机械设计：齿轮传动的基本原理1. 引言齿轮传动作为一种常见且重要的机械传动方式，在各种机械设备中得到广泛应用。
本文将介绍齿轮传动的基本原理，包括其工作原理、构造形式、优点和应用领域。
2. 齿轮传动的工作原理齿轮传动是通过两个或多个互相啮合的齿轮实现转速和转矩的传递。
在齿轮传动中，驱动齿轮与从动齿轮之间通过正、斜面等不同形状的啮合齿来实现力的传递。
当驱动齿轮在一个方向旋转时，从动齿轮也会跟随旋转，并以不同的速度进行转动。
3. 齿轮传动的构造形式3.1 直齿圆柱齿轮直齿圆柱齿轮是最常见的一种构造形式。
其特点是，它们的啮合面是平行于主几何中心线且垂直于主几何中心线外表面圆柱体上交线的形状。
直齿圆柱齿轮具有制造工艺简单、传动效率高等优点，被广泛应用于机械设备中。
3.2 斜齿圆柱齿轮斜齿圆柱齿轮的啮合面不平行于主几何中心线，而是与之倾斜一定角度。
斜齿圆柱齿轮可以提供更大的传动比，并在一些特殊场景下具有较好的工作性能。
3.3 锥齿轮、螺旋伞齿轮、双曲面蜗杆传动等除了直齿和斜齿圆柱齿轮外，还有锥齿轮、螺旋伞齿轮、双曲面蜗杆传动等各种构造形式。
每种构造形式都有其适用的领域和特点。
4. 齿轮传动的优点•高效率：由于啮合点接触力分布均匀，摩擦损失小；•传递速度比可变：通过改变驱动和从动齿轮之间的大小来调整速度比；•扭矩输出平稳：相对于皮带或链传动，齿轮传动的扭矩输出更加平稳；•承载能力强：通过增加齿轮模数和齿数等方式，可以提高传动的承载能力。
5. 齿轮传动的应用领域齿轮传动广泛应用于各个领域，如： - 汽车工业：汽车变速器是齿轮传动的典型应用； - 机械制造：机床、风力发电装置等也需要使用齿轮传动； - 航空航天工业：航空发动机、飞行器起落架等都采用了齿轮传动。
结论综上所述，齿轮传动是一种常见且重要的机械传动方式。
通过啮合面形状和构造形式的不同，可以实现不同的转速比和转矩输出。
其优点包括高效率、可调谐的速度比、平稳扭矩输出和强大承载能力。
2024年机械设计基础课件齿轮传动
机械设计基础课件齿轮传动机械设计基础课件：齿轮传动1.引言齿轮传动是机械设计中的一种基本传动方式，广泛应用于各种机械设备的运动和动力传递。
齿轮传动具有结构简单、传动效率高、可靠性好、寿命长等优点，因此在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
本课件将介绍齿轮传动的基本原理、分类、设计方法和应用。
2.齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮副的啮合来传递动力和运动的一种传动方式。
齿轮副由两个或多个齿轮组成，其中主动齿轮通过旋转驱动从动齿轮，从而实现动力和运动的传递。
齿轮副的啮合是通过齿轮齿廓的接触来实现的，齿廓的形状和尺寸决定了齿轮传动的性能和精度。
3.齿轮传动的分类齿轮传动根据齿轮的形状和布置方式可分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。
直齿圆柱齿轮传动是应用最广泛的一种齿轮传动方式，具有结构简单、制造容易、精度高等优点。
斜齿圆柱齿轮传动具有传动平稳、噪声低、承载能力强等优点，适用于高速和重载的传动场合。
直齿圆锥齿轮传动适用于空间狭小和角度传动的场合。
蜗轮蜗杆传动具有大传动比、自锁性和精度高等特点，适用于低速、大扭矩的传动场合。
4.齿轮传动的设计方法齿轮传动的设计主要包括齿轮的几何设计、强度设计和精度设计。
齿轮的几何设计是根据传动比、工作条件、材料等因素确定齿轮的齿数、模数、压力角等参数。
强度设计是保证齿轮传动在规定的工作条件下具有足够的承载能力和寿命，主要包括齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。
精度设计是保证齿轮传动的精度和运动平稳性，主要包括齿轮的加工精度和装配精度的控制。
5.齿轮传动的应用齿轮传动在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
在机床、汽车、船舶、飞机等机械设备中，齿轮传动用于传递动力和运动，实现各种复杂的运动轨迹和速度变化。
在风力发电、水力发电等能源领域，齿轮传动用于传递高速旋转的动力，实现能源的转换和利用。
在、自动化设备等高科技领域，齿轮传动用于实现精确的运动控制和动力传递，提高设备的性能和效率。
机械设计中的齿轮传动设计
机械设计中的齿轮传动设计齿轮传动作为机械设计中常用的传动方式之一，广泛应用于各种机械设备中。
它通过齿轮的啮合传递动力和运动，实现不同部件之间的转动。
在机械设计中，齿轮传动设计至关重要，它不仅关系到机械设备的运行效率和可靠性，还影响到整个系统的性能和寿命。
一、齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮进行动力传递的一种机构。
它由一个或多个齿轮组成，其中一个齿轮被称为主动轮，另一个齿轮被称为从动轮。
主动轮通过齿轮齿面的啮合将动力传递给从动轮，从而实现不同轴之间的转动。
齿轮传动的基本工作原理是根据齿轮的啮合关系，当主动轮旋转时，从动轮也会随之旋转。
根据齿轮的齿数和模数，可以确定齿轮传动的传动比。
传动比是齿轮传动中主动轮齿数与从动轮齿数之比，可以用来调节输出轴的转速和扭矩。
二、齿轮传动的设计步骤在机械设计中，齿轮传动的设计是一个复杂而严谨的过程，需要经过以下几个步骤：1. 确定传动类型：根据实际需求和机械结构，确定齿轮传动的类型，如平行轴齿轮传动、直径轴齿轮传动等。
2. 计算传动比：根据所需的输出转速和扭矩，结合齿轮的齿数，计算合适的传动比。
传动比的选择要考虑到工作条件、负荷特性和传动效率等因素。
3. 选择齿轮模数：根据所需传动比和旋转速度，选择适当的齿轮模数。
齿轮模数是齿轮传动中齿轮齿数与齿轮模组之比，它决定了齿轮的齿轮参数和外形尺寸。
4. 进行齿轮设计计算：根据所选齿轮模数和传动比，进行齿轮设计计算，包括齿数、模数、齿宽等参数的计算。
齿轮设计计算要遵循齿面接触和齿面强度等要求，确保齿轮传动的可靠性和寿命。
5. 检查齿轮传动的干涉和轴向间隙：进行齿轮传动的干涉检查和轴向间隙的计算，确保齿轮的啮合良好，同时避免因不当尺寸而产生卡死或轴向游隙过大等问题。
6. 最后进行齿轮传动的装配和调试：按照设计要求，进行齿轮传动的装配和调试。
在装配过程中，要注意齿轮轴的配合和对中，保证齿轮传动工作平稳、噪音小。
三、齿轮传动设计的注意事项在进行齿轮传动设计时，需要注意以下几个方面：1. 齿轮的材料选择：根据实际工作条件和负荷特性，选择适当的齿轮材料。
机械设计中的齿轮传动系统设计
机械设计中的齿轮传动系统设计齿轮传动系统在机械设计中扮演着重要的角色。
本文将探讨齿轮传动系统的设计原理、关键要素以及常用的设计方法。
一、设计原理齿轮传动系统是通过齿轮之间的啮合来传递动力和扭矩的机械传动系统。
它的设计原理基于以下几个关键概念：1. 齿轮的模数（Module）：模数是齿轮设计中的重要参数，它表示单位齿数所占的直径。
模数的选择应考虑到所需的传动比、扭矩和转速要求等。
2. 齿轮的齿数：齿数决定了齿轮的啮合速比。
根据传动比的要求和齿轮的载荷要求，可以确定齿数。
3. 齿轮的啮合角：啮合角是指齿轮齿廓的锐角和啮合线的夹角。
合适的啮合角可以提高传动效率和传动性能。
4. 齿轮齿廓的修形：通过对齿轮齿廓进行修正，可以改善啮合过程的运动性能和传动效率。
二、设计要素在进行齿轮传动系统的设计时，需考虑以下几个重要的要素：1. 传动比和转速：根据机械系统的需求，确定合适的传动比和转速比，从而满足所需的输出扭矩和转速要求。
2. 动力传递和承载能力：根据工作条件和载荷要求，选择合适的齿轮材料和热处理工艺，确保齿轮传动系统能承受所需的载荷和传递所需的动力。
3. 齿轮啮合的几何要求：通过几何参数的选择，确保齿轮啮合过程的顺利进行，同时避免齿轮齿面的过度磨损和损坏。
4. 齿轮传动的噪声和振动控制：通过合理的齿轮设计和优化，减少齿轮传动过程中产生的噪声和振动，提高传动系统的运行平稳性和寿命。
三、设计方法在实际的齿轮传动系统设计过程中，可以采用以下几种常用的设计方法：1. 标准化设计：根据已有的标准齿轮模型和参数，选择合适的齿轮尺寸和几何参数，简化设计过程，提高效率。
2. 计算机辅助设计：借助计算机辅助设计软件，进行齿轮传动系统的三维建模和力学分析，快速得到设计结果。
3. 优化设计：通过设计参数的优化选择，使齿轮传动系统满足最佳的传动性能和经济指标。
4. 实验验证：设计完成后，进行实验验证，测试齿轮传动系统的性能和可靠性，发现潜在问题并进行改进。
机械设计基础 齿轮传动
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。
机械设计基础机械设计中的齿轮传动设计
机械设计基础机械设计中的齿轮传动设计机械设计基础——机械设计中的齿轮传动设计齿轮传动是机械设计中常用的一种传动方式，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮传动能够实现不同转速和扭矩的传递，具有传动效率高、传动比稳定等优点。
本文将介绍机械设计中齿轮传动的基础知识和设计原则。
一、齿轮的基本概念与种类在机械设计中，齿轮是一种用于传递转动运动和扭矩的机构。
其由齿面和轴承部分组成。
常见的齿轮有直齿轮、斜齿轮、蜗杆齿轮等。
不同类型的齿轮适用于不同的传动需求，设计时需根据具体应用场景进行选择。
二、齿轮的基本参数与计算方法齿轮设计中的关键参数有齿数、模数和齿宽等。
齿数决定了齿轮的传动比，而模数和齿宽则影响到齿轮的强度和承载能力。
根据具体的传动要求，可以通过相关的计算公式来确定这些参数的合理取值。
三、齿轮传动的设计原则齿轮传动设计的基本原则是保证传动的可靠性和高效性。
在设计过程中，应遵循以下几个原则：1. 合理选择齿轮的材料和热处理方式，提高其硬度和强度。
2. 选择适当的齿轮模数和分度圆直径，使齿轮传动的效率达到最优。
3. 设计合理的传动比，满足设备的运行要求。
4. 注意齿轮的装配和调整，保证传动的精度和平稳性。
四、齿轮传动的优化设计与应用齿轮传动在实际应用中存在着噪声、振动和磨损等问题。
为了提高齿轮传动的性能，可以采用一些优化设计的方法，如优化齿形、添加减振器等。
此外，在设计过程中还需考虑齿轮传动的摩擦、磨损和润滑等问题，以确保传动的可靠性和寿命。
综上所述，齿轮传动设计是机械设计中的重要内容。
了解齿轮的基本概念和种类，掌握齿轮参数的计算方法，遵循设计原则进行设计，进行优化设计和应用措施，都对于提高齿轮传动的性能和可靠性具有重要意义。
通过不断学习和实践，我们可以不断提升自己在机械设计领域的技术水平，为实际工程问题提供更好的解决方案。
机械设计基础齿轮与传动设计
机械设计基础齿轮与传动设计齿轮传动在机械设计中扮演着重要的角色，它能够实现轴的传动和速度变换。
在本文中，我们将探讨机械设计基础齿轮与传动设计的相关知识。
I. 齿轮的基本概念齿轮是一种常见的机械传动装置，它由一对或多对齿轮齿排列而成。
齿轮通常由金属材料制成，具有齿距、齿高、齿顶高、齿根高等特征。
齿轮通常用于改变两个轴的相对速度和转矩。
II. 齿轮传动的类型1. 平行轴齿轮传动平行轴齿轮传动是指两个轴线平行的齿轮传动。
其中的常见类型包括平行直齿轮传动、齿轮齿条传动以及斜齿轮传动。
平行轴齿轮传动具有结构简单、传动精度高等优点，广泛应用于各种机械设备中。
2. 直交轴齿轮传动直交轴齿轮传动是指两个轴线相交的齿轮传动。
其中的常见类型包括锥齿轮传动和蜗杆传动。
直交轴齿轮传动常用于需要改变转向的场合，具有传动平稳、传动效率高等优点。
3. 立轴齿轮传动立轴齿轮传动是指齿轮轴线与水平面成一定角度的齿轮传动。
其中的常见类型包括三角带齿轮传动和齿轮减速器。
立轴齿轮传动用于传输高速和大功率的情况，具有结构紧凑、传动平稳等特点。
III. 齿轮的设计要点1. 齿轮模数的选择齿轮的模数是指齿轮齿数与齿轮模数的比值，是齿轮设计的重要参数之一。
在选择齿轮模数时，需要考虑到齿轮的载荷、传动比、齿轮材料等因素，以满足设计要求。
2. 齿轮的齿数计算齿轮的齿数是齿轮设计中的关键参数，它会影响到齿轮的传动比、齿轮的载荷等性能指标。
齿数的计算需要考虑到传动比、齿轮径等因素，以保证齿轮传动效率和可靠性。
3. 齿轮的强度计算齿轮的强度计算是指确定齿轮的承载能力和抗疲劳能力。
在齿轮设计中，需要计算齿轮的接触应力、弯曲应力等参数，以确保齿轮的安全可靠。
4. 齿轮的啮合性能齿轮的啮合性能是指齿轮在传动中的准确性和平稳性。
在齿轮设计中，需要注意齿轮的齿形、齿距、齿顶间隙等参数，以保证齿轮的良好啮合性能。
IV. 齿轮传动的应用齿轮传动广泛应用于机械工程领域。
机械设计基础齿轮传动
齿轮的分类和结构
齿轮分类
结构特点
直齿轮
齿面平直，传动效率高，但噪音大
斜齿轮
齿面斜向，传动平稳，噪音较小
蜗杆齿轮
蜗杆与齿轮组合，传动比大，承载力强
齿轮传动的基本原理
啮合原理
转动原理
齿轮传动通过齿轮之间的啮合，实现力的传递和功
齿轮传动利用齿轮的旋转，将输入轴的转速和扭矩
率的转换。
传递到输出轴。
齿轮传动的优点和应用领域
2
齿轮强度设计
进行齿轮的强度分析和设计，确保齿轮能够承受工作载荷。
3
齿轮间隙设计
根据齿轮的材料和工作条件，确定齿轮的啮合间隙。
齿轮传动常见问题及解决方案
1
齿轮啮合噪音
通过优化齿轮设计、减振措施等方式减少齿轮啮合噪音。
2
齿轮磨损和故障
定期保养、选择合适的润滑剂和材料，以减少齿轮磨损和故障。
3
传动效率下降
注意清洁和润滑，维护齿轮传动的良好工作状态，以提高传动效率。
齿轮传动的发展趋势和前景
先进技术应用
机器人和自动化
先进材料和制造技术的应用，改善齿轮传动的强
齿轮传动在机器人和自动化领域中的应用将进一步
度、精度和效率。
增长。
高效传动
齿轮传动具有高传动效率和能量转换效率，适用于功率传输要求高的领域。
广泛应用
齿轮传动广泛应用于机械设备、汽车、船舶、风力发电等领域。
精密定位 ⚙️
齿轮传动能够实现精确的角度和位置控制，适用于要求高精度运动的设备。
齿轮传动的计算和设计方法
1
齿轮参数计算
根据传动需求和齿轮参数计算，确定齿轮的模数、齿数等。
机械设计基础齿轮传动
机械设计-齿轮传动
径向力 Fr 的方向指向各自的轮心（外齿轮）。
1. 直齿圆柱齿轮
（8－1）
§8-4 圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算
用集中作用于分度圆上齿宽中点处的法向力 代替轮齿所受的分布力，将 分解，得：
啮合传动中，轮齿的受力分析
2. 斜齿圆柱齿轮
切向力：
径向力：
轴向力：
（8－2）
斜齿轮受力
轴向力Fx的方向：用“主动轮左右手法则”判断。
圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算
1 主动
2
1 主动
2
1 主动
2
二级受力分析
练 习
K 为载荷系数
上述Fn 为轮齿所受的名义法向力。实际传动中由于原动机、工作机性能的影响以及制造误差的影响，载荷会有所增大。
轴交角为90º的直齿锥齿轮传动：
§8-8 直齿锥齿轮传动
一、主要参数和尺寸
直齿锥齿轮的大端参数为标准值。
直齿锥齿轮传动的几何参数
令 R = b/R－－齿宽系数，设计中常取R =0.25~0.35。
齿数比：
锥距：
C
t
二、轮齿的受力分析
用集中作用于齿宽中点处的法向力 Fn 代替轮齿所受的分布力。 将Fn分解为：切向力Ft，径向力Fr和轴向力Fx。
第八章 齿轮传动
§8-1 概述
§8-2 齿轮传动的失效形式及设计准则
§8-3 齿轮的常用材料
§8-4 圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷
§8-5 直齿圆柱齿轮传动的强度计算
§8-6 齿轮的许用应力
§8-8 直齿锥齿轮传动
§8-10 齿轮的结构
§8-9 齿轮传动的润滑与效率
§8-7 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
机械设计基础齿轮传动
正火
143～197
430～460
160～170
ZG310—570
正火
163～197
445～480
165～175
ZG340—640
正火
179～207
460～490
170～180
ZG35SiMn
正火
163～217
480～550
195～210
调质
197～248
530～605
205～220
*/50
防止措施：降低轮齿表面粗糙度值； 保持良好的润滑； 采用闭式传动或加防护罩。
4.齿面胶合
一般发生在闭式重载齿轮上
低速重载导致冷胶合， 高速重载导致热胶合。
防止措施：提高齿面硬度； 降低齿面粗糙度值； 选用抗胶合性能好的齿轮副材料； 采用抗胶合能力强的润滑油； 用极压添加剂
Pk
Vk
(1)NK = N K0
）
rb
渐开线上点Ｋ的压力角
N
发生线
渐开线k0k 的展角
K0
K
O
基圆
渐开线
rk
在不考虑摩擦力、重力和惯性 力的条件下，一对齿廓相互啮合时， 齿轮上接触点Ｋ所受到的正压力方 向与受力点速度方向之间所夹的锐 角，称为齿轮齿廓在该点的压力角。
(３)渐开线齿廓各点具有不同的 压力角，点Ｋ离基圆中心Ｏ 愈远，压力角愈大。
*/50
齿轮传动
齿轮传动特点、类型和应用 渐开线齿轮 标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动
齿轮加工 齿轮轮齿的失效 齿轮强度计算 齿轮结构
*/50
1.齿轮传动的特点
一、齿轮传动特点、类型和应用
缺点：
① 制造和安装精度 要求较高；
机械设计 第6章 齿轮传动
第六章 齿轮传动
第6章 齿轮传动
§6-1概述 齿轮传动的特点： 功率、速度范围广 效率高; 结构紧凑; 工作寿命长; 传动比准确
开式传动：润滑差，常用于低精度、低速传动；
闭式传动：齿轮置于封闭严密的箱体内，精度 高。润滑及防护条件好。
§6-2齿轮传动的失效方式、和设计准则 一、失效形式 1.轮齿折断 齿根弯曲应力大； 齿根应力集中 措施： 增大齿根圆角半径； 正变位，和增大模数； 强化处理：喷丸、滚压处理；
应力循环次数N 60 njLh
YST-应力修正系数，YST =2 SHlim、SFlim-接触强度和弯曲强度 计算的最小安全系数
图6.8 齿面接触疲劳极限
图6.9 齿面弯曲疲劳极限 例如：合金钢调质，硬度 260HBS，
∴σFlmin=295MPa
最小安全系数SH、SF
安全系数
SH
1.0
轮齿单向受力 轮齿双向受力 轮齿单向受力
主动
被动
主动
被动
N 60 njLh
二、齿轮精度的选择
齿轮精度（1～１２级）
7—6—6 G M GB10095—88
齿厚下偏差 齿厚上偏差 第Ⅲ公差组精度（接触精度） 第Ⅱ公差组精度（平稳性精度）
第Ⅰ公差组精度（运动精度） 7 F L GB10095—88 第Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ公差组精度
F
h 6( ) cos Ft m bm ( S ) 2 cos m
F
h 6( ) cos Ft m bm ( S ) 2 cos m
YFa — 齿形系数，与齿的形状有关（齿数、变位）
YSa — 引入应力修正系数，齿根过渡曲线产生应力集中，见表6.4
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3. 齿面胶合
现象：齿面上沿相对滑动方向形成伤痕 原因： (热胶合) 高速重载 (冷胶合) 低速重载 高温失油 不易形成油膜
两齿面金属直接接触并粘接 齿面间相对滑动 较软齿面沿滑动方向被撕下一条条伤痕
提高抗胶合能力的措施： 1.提高齿面硬度
2.减小齿面粗糙度
3.增加润滑油粘度低速
4.加抗胶合添加剂高速
4. 齿面磨料磨损
现象： 齿面磨损、齿形变瘦
原因： 两齿面间有相对滑动
铁屑、灰尘进入
常发生于润滑不良的开式齿轮传动
措施：1.减小齿面粗糙度 2.改善润滑条件，清洁环境 3.提高齿面硬度
5. 齿面塑性变形
现象： 齿面失去正常齿形
齿面形成凹沟、凸棱
原因： 齿面较软
重载
主动轮上摩擦力分别朝向齿顶和齿根 —— 形成凹沟 从动轮上摩擦力由齿顶和齿根朝向中 间 ——— 形成凸棱
1
2 1 12 1 2 ( ) E1 E2
Fn L
(2) 齿面接触疲劳强度条件 校核式： H
1
2 1 1 1 2 2 ( ) E1 E2
2 cosa ' Z sin a ' cos2 a
2 KT1 (u 1) bd12u
Z E Z Z H
3.调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr、 35SiMn等。调质处理后齿面硬度为： 220~260HBS 。因为硬度不高，故可在热处理后精 切齿形，且在使用中易于跑合。
4. 正火 正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切 削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处 理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。 5. 渗氮 渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达 60~62HRC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难 以磨齿的场合，如内齿轮。材料为：38CrMoAlA.
学习本章的目的 本章学习的根本目的是掌握齿轮传动的设计方法，也 就是要能够根据齿轮工作条件的要求，能设计出传动可 靠的齿轮。 设计齿轮----设计确定齿轮的主要参数以及结构形式。 主要参数有：模数m、齿数z、螺旋角β以及压力角a、 齿高系数h*a、径向间隙系数c*。
2 齿轮传动的失效形式及设计准则
令
2 KT1 YFaYsa Y bd1m
( MPa)
hF Kh m 齿形系数 6 K h cosa F YFa 2 SF KS m K S cosa
hF 反映了与齿形有关的 2 比例关系 SF
仅与齿数 Z及变位系数 有关、与模数 m 无关
d0 d cosa
Z
X
d
渐开线越平
齿根宽度
精度低于 7 级 取 Ka 1.2 ~ 1.4
3. 齿面接触疲劳强度条件
(1) 齿面接触应力的计算 齿面载荷 FnC KFn
赫兹公式 H max
1
2 1 12 1 2 ( ) E1 E2
Fn L
KFt1 2 KT1 cosa d1 cosa
' d2 2 N 2C sin a ' 1u 2
齿轮传动的特点： ▲ 传动效率高 η可达99％；在常用的机械传动中，齿轮传动的效率为最高； ▲ 结构紧凑;与带传动、链传动相比，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间一般较小； ▲ 工作可靠，寿命长；与各类传动相比 ▲ 传动比稳定; 无论是平均值还是瞬时值。这也是齿轮传动获得广泛应用的原因之一； ▲ 制造及安装精度要求高，价格较贵。与带传动、链传动相比
靠近转矩输入端
齿轮应布置在远 离转矩输入端
齿间载荷分配系数 Ka 双对齿啮合区 轮齿弹性变形和制造误差
两对齿上载荷不是均匀分配
制造精度低、硬齿面
Ka 取大值
直齿轮 斜齿轮
取 Ka 1 ~ 1.2 精度高于 7 级 取 Ka 1 ~ 1.2
1
2 cosa ' Z ' 2 sin a cos a 2 KT1 (u 1) bd12u
Z E Z H Z
2 KT1 (u 1) bd12u
( MPa)
接触应力 两圆柱体接触、施加压力 Fn 产生接触应力
接触应力的特点：
表面的
局部的
两接触表面的接触应力相等
赫兹公式
H max
特点及应用： 调质、正火处理后的硬度低，HBS ≤ 350，属软齿 面，工艺简单、用于一般传动。当大小齿轮都是软齿 面时，因小轮齿根薄，弯曲强度低，故在选材和热处 理时，小轮比大轮硬度高: 20~50HBS 表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属 硬齿面。其承载能力高，但一般需要磨齿。常用于结 构紧凑的场合。
材料系数 MPa
2KT1 (u 1) HP 2 bd1 u
节点区域系数
重合度系数 齿数多 重合度大 取小值 一般取 Z 0.85 ~ 0.92
设计式：
令齿宽系数 d
b d1
2
将 b d d1 代入
d1 3 (
Z H Z E Z
HP
2 KT1 u 1 ) d u
YFa1 YFa2 Ysa1 Ysa 2
YFa2Ysa 2
----高频淬火、火焰淬火
热处理方法
1.表面淬火 一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等。表 面淬火后轮齿变形小，可不磨齿，硬度可达52~56HRC， 面硬芯软，能承受一定冲击载荷。 2. 渗碳淬火 渗碳钢为含碳量0.15~0.25%的低碳钢和低碳合金钢， 如20、20Cr等。齿面硬度达56~62HRC，齿面接触强 度高，耐磨性好，齿芯韧性高。常用于受冲击载荷的 重要传动。通常渗碳淬火后要磨齿。
软齿面 (硬度 ≤ 350HBS)
硬齿面 (硬度 > 350HBS)
按齿面接触疲劳强度条件校核
按轮齿弯曲疲劳强度条件设计
开式传动
3 齿轮材料及选用准则
一、对齿轮材料性能的要求 齿轮的齿体应有较高的抗折断能力，齿面应有较强 的抗点蚀、抗磨损和较高的抗胶合能力，即要求：齿 面硬、芯部韧。 二、常用齿轮材料 钢材的韧性好，耐冲击，通过热处理和化学处理可 改善材料的机械性能，最适于用来制造齿轮。
4直齿圆柱齿轮传动的强度条件
1. 受力分析 以小齿轮为对象 不考虑摩擦
(1) 力的大小 将法向力 Fn 在节点 C 处分解 2T Ft1 1 圆周力 d1 径向力 Fr1 Ft1 tga
T1 9.55106 P 1 n1 ( Nm m)
功率kW
(2) 力的方向 圆周力
转速r/min
主、从动轮上各对应力 大小相等、方向相反
(一) 失效形式
1. 轮齿折断
(1) 疲劳折断 现象： 齿根处产生裂纹 扩展 断齿
原因： 根部受交变弯曲应力作用 F F lim
根部应力集中 材料较脆
潘存云教授研制
弯曲疲劳极限
(2) 过载折断 (静强度问题) 原因： 脆性材料
突然过载或冲击
提高轮齿抗折断能力的措施： 1）增大齿根过渡圆角半径，消除加工刀痕，减小齿根 应力集中；
(m m)
4. 轮齿弯曲疲劳强度条件
(1) 力学模型(悬臂梁受力)
引入应力修正系数 Ysa 考虑压应力和 剪应力的影响
(2) 齿根部弯曲应力
M Fn cosa F hF F 2 W bSF 6 KFt 6 K h cosa F 2 bm K S cosa
引入： 应力修正系数 Ysa
重合度系数 Y
主动轮上 Ft1 与转向相反 从动轮上 Ft 2 与转向相同
径向力
Fr1 和 Fr 2 指向各自的轮心
2. 计算载荷
FnC KFn
名义载荷(理论载荷) 载荷系数 K K A Kv K Ka 计算载荷(考虑实际因素的载荷)
使用载荷 K A
工作状况的影响
动载系数
Kv
瞬时传动比不是定值 产生冲击和动载荷
强度条件式 d1 3 ( Z H Z E Z ) 2 2KT1 u 1 中的 HP d u 应为 HP1 和 HP 2 两者中的小值 (2) 弯曲应力与弯曲强度 弯曲应力： 弯曲强度： 由 F
2 KT1 YFaYsa Y 知 bd1m
HP
F1 F 2
YFa1Ysa1
基节不等 精度
v
Kv
一般：直齿轮传动、取 Kv 1.05 ~ 1.4
斜齿轮传动、取 Kv 1.02 ~ 1.2
齿向载荷分布系数 K
齿面上的动载荷沿接触线分布不均匀
宽径比
b 较小 d1
齿轮在支承中间对称布置 轴的刚度大
K 取小值
一般：两轮均为硬齿面时 K 1.1 ~ 1.35
否则 K 1 ~ 1.2
四、齿轮材料选用的基本原则 1) 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿 命、可靠性、经济性等； 2)应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和 制造工艺； 3)正火碳钢，只能用于制作在载荷平稳或轻度冲击 下工作的齿轮；调质碳钢可用于在中等冲击载荷 下工作的齿轮； 4)合金钢常用于制作高速、重载并在冲击载荷下工 作的齿轮； 5)航空齿轮要求尺寸尽可能小，应采用表面硬化处 理的高强度合金钢； 6)钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保 持在30~50HBS或更多。
节点C处的综合曲率半径
d1' d1 cosa sin a ' ' 1 N1C sin a 2 2 cosa '
b 接触线长度 L 2 Z
代入赫兹公式
H max
1
2 1 12 1 2 ( ) E1 E2
2 1 u 1 2 cosa ' (u 1) 1 2 1u d1 cosa sin a 'u