机械基础(齿轮传动的设计)
机械基础之齿轮传动的设计
机械基础之齿轮传动的设计齿轮传动是机械传动的一种常见形式，广泛应用于冶金、化工、轻工等领域。
正确的齿轮传动设计可以保证机器设备的正常运行，提高传动效率和可靠性。
一、齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮间的啮合来实现传动的。
齿轮传动的优点有传动可靠性高、传递效率高，并且在传递扭矩大的情况下具有优势。
齿轮传动由传动齿轮和被动齿轮组成，传动齿轮将传递力矩传递给被动齿轮，并将其旋转。
传动齿轮和被动齿轮要求相互啮合，且在相互运转时还必须平稳和具有足够的承载能力。
二、齿轮传动的设计要点齿轮传动的设计要点主要包括齿轮尺寸计算、齿轮耐用性、传动精度计算等。
其中齿轮尺寸计算是齿轮传动设计中的重要环节。
1. 齿轮尺寸计算齿轮尺寸计算是指通过计算齿轮参数来确定齿轮的尺寸，主要包括模数、压力角、齿数和齿轮转动半径等参数。
齿轮尺寸的计算要考虑被动齿轮的载荷、啮合角、轴向力和齿轮材料强度等因素。
2. 齿轮材料选择齿轮材料应选用高强度、高硬度、高耐磨性和高精度的材料，例如合金钢、硬化钢、钛合金等。
选择齿轮材料时，还应考虑到齿轮使用环境的特点和齿轮的耐用性。
3. 传动误差控制齿轮传动的传动误差包括齿轮啮合误差、轴向误差和径向误差。
在齿轮传动设计中，要通过合理的设计和加工来控制传动误差，从而提高齿轮传动的传动精度和可靠性。
三、齿轮传动的安装和调试齿轮传动的安装和调试是确保齿轮传动正常运行的关键环节。
在齿轮传动安装前，需要检查齿轮的尺寸精度、齿轮材料和齿轮的表面质量。
同时，齿轮的安装也需要注意各种参数的匹配，例如齿轮啮合间隙和传动轴心的误差等。
在齿轮传动调试时，需要进行实际运转试验，检查传动效率和齿轮传动噪声等因素。
如果发现问题，需要及时调整齿轮传动的参数或者重新设计齿轮传动。
四、结论齿轮传动是机械传动的常见形式，其设计要点包括齿轮尺寸计算、齿轮耐用性、传动精度计算等。
正确的齿轮传动设计可以保证机器设备的正常运行，提高传动效率和可靠性。
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最新PPT课件
k
k
k 同侧齿廓弧长
法向齿距
（周节） －
p
n
=
p
b
基圆－ d 、r
bb
齿顶圆－ d 、r
aa
齿根圆－ d 、r
齿宽－ B f f
B p
k
s k
e k
pn
r
f
r
a
O
5.4 标准直齿圆柱齿轮的名称及几何尺寸参数
5.4.1 齿轮各部分名称
分度圆－
人为规定的计算基准圆
表示符号： d、r、s、e， h
a
s=e，p= s+e
在啮合传动时，齿廓之间将产生相对滑动。相 对滑动是任何齿廓曲线齿轮都具有的特性。齿廓间 的滑动将引起啮合时的摩擦效率损失和齿廓的磨损。
5.4 标准直齿圆柱齿轮的名称及几何尺寸参数
5.4.1 齿轮各部分名称 齿数－z
齿槽宽－ e
k 弧长
齿厚－ s 齿距 （周节） k 任意圆上的弧长
－ p = s +e
第五章 齿轮传动
5.1 齿轮传动的类型和特点 5.2 齿廓啮合的基本定律 5.3 渐开线齿廓 5.4 标准直齿圆柱齿轮的名称及几何尺寸参数 5.5 标准渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动的条件 5.6 渐开线齿轮的切齿原理及根切现象 5.7 齿轮传动的失效形式和计算准则 5.8 齿轮常用材料及热处理 5.9 直齿圆柱齿轮传动的作用力及计算载荷 5.10 直齿圆柱齿轮的强度计算 5.11 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 5.12 直齿圆锥齿轮传动 5.13 齿轮传动设计计算中的主要问题
③ 不适宜用于两轴间距离较大的传动。
5.2 齿廓啮合的基本定律
5.2 齿廓啮合的基本定律
一对齿轮传动，是依靠主动齿轮的齿廓依次推动从动齿轮的 齿廓来实现的，齿轮的齿廓曲线与传动比有密切的关系。
机械设计基础齿轮传动设计例题
例1 设计用于带式输送机传动装置的闭式单级直齿圆柱齿轮传动。
传递功率P=2.7kW ，小齿轮转速n 1=350r/min ，传动比i=3.57。
输送机工作平稳，单向运转，两班工作制，齿轮对称布置，预期寿命10年，每年工作300天。
解：1. 选择齿轮精度等级、材料、齿数1）带式输送机属于一般机械，且转速不高，故初选择8级精度。
2）因载荷平稳，传递功率较小，可采用软齿面齿轮。
参考表5-6，小齿轮选用45钢调质处理，齿面硬度220~250HBS ，σHLim1=595MPa ，σFE1=230MPa ；大齿轮选用45钢正火处理，齿面硬度170~200HBS ，σHLim2=520MPa ，σFE2=200MPa 。
3）初选小齿轮齿数z 1=24，则z 2=iz 1=3.57×24=85.68，取z 2=87。
故实际传动比i=z 2/z 1=87/24=3.62，与要求的传动比3.57的误差小于3%。
对于齿面硬度小于350 HBS 的闭式软齿面齿轮传动，应按齿面接触强度设计，再按齿根弯曲强度校核。
2. 按齿面接触强度设计设计公式5-481d ≥1）查表5-8，原动机为电动机，工作机械是输送机，且工作平稳，取载荷系数K=1.2。
2）小齿轮传递的转矩 112.79550955073.671350P N m n T =⨯=⨯=⋅ 3）查表5-13，齿轮为软齿面，对称布置，取齿宽系数φd =1。
4）查表5-10，两齿轮材料都是锻钢，故取弹性系数Z E =189.8 MPa 1/2。
5）两齿轮为标准齿轮，且正确安装，故节点区域系数Z H =2.5，取重合度系数Z ε=0.9。
6）计算许用接触应力 N W XHLim H HZ Z Z Sσσ⎡⎤=⎣⎦①应力循环次数小齿轮N 1=60n 1jL h =60×350×1×(2×8×300×10)=10.08×108 大齿轮N 2= N 1/i=10.08×108/3.62=2.78×108②据齿轮材料、热处理以及N 1、N 2，查接触疲劳寿命系数图表，不允许出现点蚀，得接触疲劳寿命系数Z N1=1，Z N2=1，两齿轮均为软齿面故ZW=1，ZX=1。
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。
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。
《齿轮传动设计》PPT课件
三、渐开线齿轮的啮合特性
渐开线齿轮符合齿廓啮合基本定 律,即能保证定传动比传动 由齿廓啮合基本定律知
i12
1 2
O2P O1P
❖ 由渐开线性质知,
❖ 啮合点公法线与二基圆内公切
线重合
N2
❖ 二基圆为定圆,N1N2为定直线, 则节点P为定点
i12 12
O2Pr2'rb2 O1P r1' rb1
co
n. st
机械设计基础 ——齿轮传动
例题2
❖已知:一渐开线直齿圆柱齿轮,用卡尺测量出齿顶圆直径 da=208mm, 齿根圆直径df=172mm, 数得齿数z=24.
❖求：该齿轮的模数m,齿顶高系数ha*和顶隙系数c*
解:
da(z2ha *)m208 mm
df(z2h a *2c*)m 17m 2 m
m 8 mm
O1
1 rb1
P K’
N1 K
C１
C２
2 rb2
O2
机械设计基础 ——齿轮传动
三、渐开线齿轮的啮合特性
机械设计基础 ——齿轮传动
5-4 渐开线标准齿轮的基本尺寸
一、外齿轮 二、内齿轮 三、齿条
机械设计基础 ——齿轮传动
一、外齿轮
1 各部分名称和符号 2 基本参数 3 几何尺寸 4 例题
机械设计基础 ——齿轮传动
h
* a
1
c
*
0 .25
正常齿: 短齿:
m 1mm h a *1,c*0.25 m 1mm h a *1,c*0.35
ha*0.8,c*0.3
机械设计基础 ——齿轮传动
例题3
❖已知: 法向距离〔即公法线长度〕分别为 :W3 = 61.84mm,
《机械设计基础》第六章 齿轮传动
由渐开线特性可知，线段B2K等于基圆齿距pb，比值B1B2/pb称为重合度，用 ε表示。于是连续传动条件是：ε≥1 ε越大，表示同时啮合的轮齿对数越多，齿轮传动越平稳。
§6-6 齿轮的材料与制造
一、齿轮材料及热处理
齿轮材料的基本要求：齿面硬度高、齿芯韧性好。 常用的齿轮材料是各种牌号的优质碳素钢、合金结构钢、铸钢和铸铁等。 一般采用锻件和轧制钢材。当齿轮较大（直径大于400～600mm）而轮坯不易 锻造时，可采用铸钢；低速传动可采用灰铸铁；球墨铸铁有时可代替铸钢，非 金属材料的弹性模量小，且能减轻动载和降低噪声，适用于高速轻载、精度要 求不高的场合，常用的有夹木胶布、尼龙、工程塑料等。见表6－3。 齿轮常用的热处理方法有：表面淬火、渗碳淬火、调质、正火、渗氮。 调质和正火处理后的齿面硬度较低（HB ≤350），为软齿面；其他三种 （HB>350）为硬齿面。 软齿面的工艺过程较简单，适用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时， 考虑到小齿轮齿根较薄，受载次数较多，故选择材料和热处理时，一般使小 齿轮齿面硬度比大齿轮高20～50HB。硬齿面齿轮的承载能力较高，但生产 成本高。当大小齿轮都是硬齿面，小齿轮的硬度可与大齿轮相等。
上式表明：一对传动齿轮的瞬时角速度与其连心 线O1O2被啮合齿廓接触点公法线所分割的两线段成 反比。这一定律为齿廓啮合的基本定律。
欲使两齿轮瞬时角速度比恒定不变，必须使C点 为连心线上的固定点。 凡能满足上述要求的一对齿廓称为共轭齿廓。 机械中常用的齿廓曲线有渐开线、圆弧和摆线等， 过节点C所作的两个相切的圆称为节圆。一对齿轮的啮合传动可以看作 其中应用最广泛的是渐开线齿廓。 一对节圆作纯滚动。一对外啮合齿轮的中心距等于其节圆半径之和。
n1 1 r2 rb 2 i12 n2 2 r1 rb1
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
机械基础之齿轮传动的设计
机械基础之齿轮传动的设计1. 简介齿轮传动作为一种常见的机械传动方式，广泛应用于各种机械设备中。
它通过齿轮之间的啮合来传递动力和运动，具有传递效率高、传动平稳、结构紧凑等优点。
本文将介绍齿轮传动的基本原理和设计方法，帮助读者了解和应用齿轮传动。
齿轮传动是利用齿轮之间的啮合关系来传递动力和运动的一种机械传动方式。
传动的原理可以简单地描述为：驱动轴上的齿轮通过啮合传递动力，从而带动被动轴上的齿轮进行运动。
齿轮的啮合过程中，齿轮之间产生了接触力和摩擦力，使得传动效率降低。
3.1 齿轮的模数选择齿轮的模数是齿轮传动设计中关键的参数之一。
模数的选择需要考虑到传动的功率、转速和载荷等因素。
一般来说，功率越大、转速越高、载荷越大，所需的齿轮模数就越大。
根据实际需求和设计指标，选择适当的齿轮模数可以保证传动的效率和可靠性。
3.2 齿轮副的啮合条件齿轮副的啮合条件包括啮合角、啮合线速度和啮合传动比等。
啮合角是齿轮副啮合面上两个相对于齿轮轴线的夹角，它的大小直接影响齿轮传动的平稳性和传动效率。
啮合线速度是齿轮啮合点的线速度，需要根据齿轮传动的转速和模数来计算。
啮合传动比是齿轮副中相邻行的齿数比值，一般通过传动需求来确定。
3.3 齿轮的材料选择齿轮的材料选择需要考虑到传动的功率、转速和工作环境等因素。
常见的齿轮材料包括钢、铸铁、黄铜等。
钢齿轮具有良好的强度和耐磨性，适用于高载荷和高速度的传动。
铸铁齿轮具有良好的减震效果，适用于噪声和振动要求较高的传动。
黄铜齿轮具有良好的自润滑性和耐腐蚀性，适用于高速度和密封要求较高的传动。
4. 齿轮传动的设计步骤4.1 确定传动类型和参数根据传动需求和要求，确定齿轮传动的类型和参数，包括转速、功率和传动比等。
4.2 选择合适的齿轮模数根据传动类型和参数，选择合适的齿轮模数，确保传动效率和可靠性。
4.3 计算齿轮的尺寸和齿数根据齿轮模数和传动比，计算齿轮的尺寸和齿数，确保齿轮副的啮合条件满足要求。
机械设计基础齿轮传动
目录
• 齿轮传动概述 • 齿轮基本参数与几何尺寸 • 齿轮材料、热处理及制造工艺 • 齿轮传动受力分析与强度计算
目录
• 齿轮传动效率、润滑及散热问题探讨 • 齿轮传动设计实例分析 • 齿轮传动故障诊断与维护保养策略 • 总结与展望
01
齿轮传动概述
定义与作用
01
02
定义
作用
03
齿轮材料、热处理及制造 工艺
常用齿轮材料及其性能
03
钢材
强度高、耐磨性好，适用于高速、重载和 精密传动。常用的钢材有碳素钢、合金钢 等。
铸铁
铸造性能好，成本低，但强度和耐磨性较 差，适用于低速、轻载传动。
非金属材料
如塑料、尼龙等，具有重量轻、噪音小、 耐腐蚀等优点，但承载能力和耐磨性较低。
齿轮热处理工艺
下一步学习计划安排
深入学习齿轮传动的动力学 特性和振动噪声控制方法， 提高齿轮传动的稳定性和可
靠性。
学习齿轮的先进制造技术和 精密测量方法，提高齿轮的
加工精度和表面质量。
了解齿轮传动的最新研究成 果和发展趋势，关注新材料、 新工艺和新技术在齿轮传动
中的应用。
参加相关的实践项目和课程 设计，将理论知识与实际应 用相结合，提高解决实际问
采用具有冷却功能的润滑剂，通 过循环流动将齿轮产生的热量带 走，达到降温目的。
温度监控与报警
设置温度监控装置，实时监测齿 轮温度，并设置报警装置，在温 度过高时及时报警并采取措施。
06
齿轮传动设计实例分析
设计要求和已知条件
设计要求
齿轮传动应满足高效率、低噪音、 长寿命等要求，同时要考虑制造成 本和安装维护的方便性。
换油周期与油量控制 根据润滑剂的性能和使用情况，制定合理的换油 周期和油量控制标准，以保持润滑剂的清洁和有 效。
《机械设计基础》课件 第11章 齿轮传动
H
2
bd1
u
Zβ cos
32
§11-8 斜齿圆柱齿轮传动
2 KT1
F
YFaYSa F
bd1mn
2 KT1 YFaYSa
2
mn 3
cos
2
d z1 F
z
zv
3
cos
33
§11-9 直齿圆锥齿轮传动
34
§11-9 直齿圆锥齿轮传动
35
轴向力：
Fa Ft tan
29
§11-8 斜齿圆柱齿轮传动
力的方向：
圆周力t ：主动轮与运动方向相反，
从动轮与运动方向相同
径向力r ：两轮都是指向各自的轴心
轴向力a ：主动轮的左（右）手法则
30
根据主动轮轮齿的齿向（左旋或右旋）伸左手或右手，四指
沿着主动轮的转向握住轴线，大拇指所指即为主动轮所受的
轮齿会变形，需要磨齿。
二、主要参数
1. 齿数比：一般≤7，同要求的传动比误差≤ (3~5)%
2. 齿数：一般z1>17
3. 齿宽：过大，宽度方向载荷分布不均匀
28
§11-8 斜齿圆柱齿轮传动
一、轮齿上的作用力
轮齿所受总法向力
可分解为：
2T1
圆周力：Ft
d1
Ft tan n
径向力：Fr
cos
开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨损和轮齿的弯曲疲劳
折断。
由于目前齿面磨粒磨损尚无完善的计算方法，因此通常只对
其进行抗弯曲疲劳强度计算，并采用适当加大（10%～20%）
模数（或降低许用弯曲应力）的方法来考虑磨粒磨损。
机械设计基础 齿轮传动
二、齿轮连续传动的条件
在啮合过程中，如果前一对齿轮到达B1点 终止啮合时，而后一对轮齿尚未在啮合线上进 入啮合，则不论保证两轮实现传动比的连续传 动，从而破坏了传动的平稳性。
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
第二系列1.75 2.25 2.75 (3.25) 3.5 (3.75) 4.5 5.5 (6.5) 7 9 (11) 14 18 22 28 36 45
注：1、本表摘自GB1357-87。 2、本表适用于渐开线圆柱齿轮，对斜齿轮是指
3.渐开线齿廓的中心距可 分性
当一对渐开线齿轮制成 之后，其基圆半径不变，因 而两轮由的式中心距i 稍12有可 rr改知bb12 变，，即其使 角速比仍保持原值不变。这 种性质称为渐开线齿轮传动 的可分性。
§6-4 标准直齿 圆柱齿轮的主要 参数和几何尺寸 计算
一.概念
齿根齿圆轮直齿径数用用df z表表示示。；齿顶圆直径用da表示； 槽宽任用意e直k表径示d；k 的齿圆距周，上用，pk 齿表厚示用。sk 表示；齿
§6-1齿轮传动的类型和基本要求
一、齿轮传动的类型
1.平面齿轮传动
• 直齿圆柱齿轮传动 • 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 • 人字齿轮传动
§6-1齿轮传动的类型和基本要求
一、齿轮传动的类型
2.空间齿轮传动
• 圆锥齿轮传动 • 交错轴斜齿轮传动 • 蜗杆传动 • 准双曲面齿轮传动
二、齿轮传动的基本要求
中心距 a= r1’+r2’ 传动比 i= r2’/r1’
机械设计基础第七章齿轮传动
（2）铸钢 用于尺寸较大齿轮，需正火和退火以消除 铸造应力。 强度稍低 。
机械设计基础第七章齿轮传动
2、铸铁 脆、机械强度，抗冲击和耐磨性较差， 但抗胶合和点蚀能力较强，用于工作平 稳、低速和小功率场合。 常用铸铁：灰铸铁；球墨铸铁（有较好 的机械性能和耐磨性 ）
机械设计基础第七章齿轮传动
机械设计基础第七章齿轮传动
机械设计基础第七章齿轮传动
§7-9 齿轮、蜗杆和蜗轮的构造 一、结构
1、齿轮轴 2、实体式 3、辐板式(孔板式) 4、轮辐式 5、镶圈齿轮
机械设计基础第七章齿轮传动
机械设计基础第七章齿轮传动
机械设计基础第七章齿轮传动
机械设计基础第七章齿轮传动
二、润滑方式
1、V<12m/s——（油池）浸油润滑 2、V>12m/s——喷油润滑
3、非金属材料——工程塑料（ABS、尼 龙）、夹布胶木
- 适于高速、轻载和精度不高的传动中， 特点是噪音较低，无需润滑；
- 在某些低速和仪器仪表中还用铜合金和 铝合金作齿轮（具有耐腐蚀、自润滑等 特性）
机械设计基础第七章齿轮传动
二、许用应力 1、安全系数 S
接触疲劳造成的点蚀只引起噪声、振动，而弯 曲疲劳产生的断齿则导致传动不能继续工作。 因此齿根弯曲疲劳系数应大于齿面接触疲劳安 全系数。
面模数，标准值按照表5-1选。
机械设计基础第七章齿轮传动
§7-7 直齿圆锥齿轮传动的强度计 算 方向： Ft——主反从同
Fr——指向各自的轴线
一、直F齿a—圆—锥指齿向轮大传端 动的受力分析
Ft1=-Ft2
机械设计基础第七章齿轮传动
机械设计基础第七章齿轮传动
二、强度计算 1、齿面接触强度的计算 2、齿根弯曲强度的计算
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课程设计实训报告课程名称: 《机械基础》设计题目:齿轮传动的设计系别: 机电工程系专业班级: 机电一体化技术3班学生姓名: 张波学号: 20093121325指导老师: 张传亮设计时间: 2010年12月河南质量工程学院河南质量工程职业学院《机械基础》课程设计任务书目录1 方案的选择与确定 (2)1.1 齿轮参数的选择 (3)1.2设计和计算及说明 (3)2轴的设计 (7)2.1选择轴的材料 (7)2.2轴的最小直径的估算： (7)2.3轴的结构设计 (8)2.4轴的结构工艺性 (9)2.5提高轴疲劳强度的结构措施 (10)3小结 (11)4参考文献 (12)1 方案的选择与确定根据任务要求，选择齿轮传动设计，设计带式输送机的一级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动，该减速器由电动机驱动，齿轮传递的功率为20 KW，低速轴=200r/min，传动比i = 3.5，单向传动，长期使用，齿轮与轴的材料均转速n2为45钢。
1.1 齿轮参数的选择1.1.1 齿数z对于软齿面的闭式传动，在满足弯曲疲劳强度的条件下，宜采用较多齿数，=20～40。
因为当中心距确定后，齿数多，则重合度大，可提高传动的一般取Z1平稳性。
对于硬齿面的闭式传动，首先应具有足够大的模数以保持齿根弯曲强度，=17～20。
为减小传动尺寸，宜取较少齿数，但要避免发生根切，一般取Z11.1.2、模数m模数影响齿轮的抗弯强度，一般在满足齿轮弯曲疲劳强度的条件下，一去较小模数，以增大齿数，减小切齿量。
1.1.3 齿宽系数Ψd之比，增大齿宽系数，可齿宽系数是大齿轮齿宽b和小齿轮分度圆直径d1减小齿轮传动装置的径向尺寸，降低齿轮的圆周速度。
但是齿轮越大，载荷分布越不均匀。
为便于装配和调整，常将小齿轮宽加大5～10 mm ，但设计计算时按大齿轮齿宽计算。
1.2设计和计算及说明1.2.1.选择齿轮精度等级。
表1.1齿轮传动常用精度等级及其应用1.2.2.选材与热处理该齿轮传动无特殊要求，为制造方便采用软齿面，大小齿轮均用45号钢，小齿轮调质处理，齿面硬度：229～286HBS,大齿轮正火处理，齿面硬度:169～217HBS.1.2.3按齿面接触疲劳强度设计该传动为闭式软齿面，主要失效形式为疲劳点蚀，故按齿面解除疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核。
设计公式： []3211)(12H E H dZ Z uu KT d σψ⋅±⋅≥查表1.2[1]载荷系数K,取K=1.2[2]由n 2=n 1/i 得n 1=n 2 x i=200x3.5=700 r/min转矩T 1=9.55x106x p 1/n 1=9.55x106x20/700=272857.1N.mm[3]接触疲劳许用应力 [σH ]= σHlim Z N /S H按齿面硬度中间值查 图1.2 得σHlim1=600MPa, σHlim2=550MPa图1.2HBS 硬度按一年工作300天,一天20小时工作；25年则应力循环次数N 1=60njl n =60x700x1x20x300x25=6.3x109 N 2=N 1/i=1.8x 109接触疲劳强度寿命系数表1.3得接触疲劳寿命系数Z N1=1 Z N2=1 (N 1 ＞N 1 ＞N 0 , N 0=109)按一般可靠性要求，取S H =1 则 [σH1]=600x1/1=600MPa [σH2]=550x1/1=550MPa 取[σH ]=550MPa[4]计算小齿轮分度圆直径d 1查表1.4按齿轮相对轴承对称布置取Ψd=1.04 Z H =2.5表1.4齿宽系数ψd=b ／d ₁表1.5齿轮材料弹性系数因为材料为45号钢，故取Z E 。
将以上参数代入下式得：[]3211)(12H E H dZ Z uu KT d σψ⋅±⋅≥= 32)5505.28.189(5.315.304.11.2728572.12⨯⨯+⨯⨯⨯=85.00 mm取 d 1=90 mm[5]计算圆周速度 V=n 1πd 1/(60x1000)=700x3.14x90/(60x1000)=3.297m/s 1.2.4.确定主要参数表1.6渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸公式表注：式中上面的符号用于外齿轮或外啮合传动，下面的符号用于内齿轮或内啮合传动。
（1）齿数 取Z 1=20 则Z 2=Z 1i=20x3.5=70(2) 模数 m=d 1/Z 1=90/20=4.5 mm (正好是标准模数第二系列上的数值) （3）分度圆直径 d 1=Z 1m=20x4.5=90 mm d 2=Z 2m=70x4.5=315 mm (4) 中心距 a=(d 1+d 2)/2=(90+315)/2=202.6 mm(5) 齿宽 b=Ψdxd 1=1.04x90=93.5 mm 取b 2=100 mm b 1=b 2+5=105 mm 1.2.5.校核弯曲疲劳强度注：1）基准齿形的参数为α=20°、、ρ=0.38m(m 为齿轮模数)；2）对内齿轮：当α=20°、、ρ=0.15m 时，齿形系数YFa ＝2.65，YSa ＝2.65。
s a Fa FS Y Y Y(1)齿形系数Y FS ,查得 Y FS1=4.25 Y FS2=4.1(2)弯曲疲劳许用应力 [σF ]= σFlim Y N /S F按齿面硬度中间值查图一得：σFlim1=250 MPa σFlim2=210 Mpa由图1.8 得弯曲疲劳寿命系数；Y N1=1 (N=3x106,N1>N)得：σFlim1=250 MPa σFlim2=210 Mpa[σF1]=250 MPaY N2=1 (N=3x106,N2>N) [σF2]=210 MPa按一般可靠性要求，取弯曲疲劳安全系数SF=1,则[σF1]= σFlim1YN1/SF=250 MPa[σF2]= σFlim2YN2/SF=210 Mpa(3)校核计算σF1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x272857.1x4.25/(100x4.5x90)=68.7MPa＜[σF1]σF2=σF1YFS2/YFS1=68.7x4.1/4.25=66.3 MPa ＜[σF2]1.2.6. 结构设计渐开线齿轮有五个基本参数的比值d a =d+2ha=90+9=99 mmd f =d+2df=d-2x1.25m=90-11.15=78.85 mm2轴的设计2.1选择轴的材料该轴没有特殊的要求，因而选用调质处理的45号钢，可以查的其强度极限B＝650MPa。
2.2轴的最小直径的估算：查表2.1得C 取118m m n P C d 07.367002011833min === 因此 取d=40 mm由机械制图手册查得2.3轴的结构设计根据齿轮减速器的简图确定轴上主要零件的布置图（如图）和轴的初步估算定出轴径进行轴的结构设计。
2.3.1轴上零件的轴向定位齿轮的一端靠轴肩定位，另一端靠套筒定位，装拆、传力均较为方便；两段端承常用同一尺寸，以便于购买、加工、安装和维修；为了便于拆装轴承，轴承处轴肩不宜过高（其高度最大值可从轴承标准中查得），故左端轴承与齿轮间设置两个轴肩。
2.3.2轴上零件得周向定位齿轮与轴、半联轴器与轴得周向定位均采用平键联接及过盈配合。
根据设计手册，并考虑便于加工，取在齿轮、半联轴器处得键剖面尺寸为b×h=18×11，配合均采用H7/k6；滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴得尺寸公差为k6。
2.3.3确定各段轴径直径和长度轴长：取决于轴上零件得宽度及他们得相对位置。
具体工作时，需要注意以下几个问题：1）轴上与零件向配合的直径应取成标准值，非配合轴段允许为非标准值，但最好取为整数。
2）与滚动轴承相配合的直径，必须符合滚动轴承的内径标准。
3）安装联轴器的轴径应与联轴器的孔径范围相适应。
4）轴上的螺纹直径应符合标准。
5）轴上与零件相配合部分的轴段长度，应比轮毂长度略短2～3mm ，以保证零件轴向定位可靠。
6）若在轴上装又滑移的零件，应该考虑零件的滑移距离。
7）轴上各零件之间应该留有适当的间隙，以防止运转时相碰。
2.4轴的结构工艺性轴的形状，从满足强度和节省材料考虑，最好是等强度的抛物线回转体。
但是这种形状的轴既不便于加工，也不便于轴上零件的固定；从加工考虑，最好是直径不变的光轴，但光轴不利于零件的拆装和定位。
由于阶梯轴接近于等强度，而且便于加工和轴上零件的定位和拆装，所以实际上的轴多为阶梯形。
为了能选用合适的圆钢和减少切削用量，阶梯轴各轴段的直径不宜相差过大，一般取为5～10MM 。
为了便于切削加工，一根轴上的圆角应尽可能取相同的半径，退刀槽取相同的宽度，倒角尺寸相同；一根轴上各键槽应开在同一母线上，若揩油键槽的轴段直径相差不大时，应尽可能采用相同宽度的键槽（如图2.2），以减少换刀次数。
需要磨削的轴段，应该留有砂轮越程槽，以便磨削时砂轮可以磨削到轴肩的端部；需要切制螺纹的轴段，应留有退刀槽，以保证螺纹牙均能达到与其期的高度（如图）。
为了便于加工和检验，轴的直径应取为圆整值；与滚动轴承相配合的轴颈直径应符合滚动轴承内径标准；有螺纹的轴段直径应符合螺纹标准直径。
为了便于装配，轴端应加工出倒角（一般为45º），以免装配时把轴上零件的孔壁擦伤（如图）；过盈配合零件的装入端应加工出导向锥面（如图），以便零件能顺利地压入。
制造工艺性往往是评价设计优劣的一个重要方面，为了便于制造、降低成本，一根轴上的具体结构都必须认真考虑。
如图2.4所示轴结构：1）螺纹段留有退刀槽（图a 中的①），磨削段要留越程槽（图b 中的④）;同一轴上的圆角、倒角应尽可量相同；同一轴上的几个键槽应开在同一母线上（图b 中的⑤）；螺纹前导段（图a 中的②）直径应该小于螺纹小径；轴上零件（如齿轮、带轮、联轴器）的轮毂宽度大于与其配合的轴段长度；轴上各段的精度和表面粗糙度不同。
2.5提高轴疲劳强度的结构措施轴的基本形状确定之后，换需要按照工艺的要求，对轴的结构细节进行合理设计，从而提高轴的加工和装配工艺性，改善轴的疲劳强度。
2.5.1减小应力集中轴上的应力集中会严重削弱轴的疲劳强度，因此轴的结构应尽量避免和减小应力集中。
为了减小应力集中，应该在轴剖面发生突变的地方制成适当的过渡圆角；由于轴肩定位面要与零件接触，加大圆角半径经常受到限制，这时可以采用凹切圆角或肩环结构等。
常见的减小应力集中的方法如表2.2所示。
2.5.2改善轴的表面质量表面粗糙度对轴的疲劳强度也有显著的影响。
实践表明，疲劳裂纹常发生在表面粗糙的部位。
设计时应十分注意轴的表面粗糙度的参数值，即使是不与其它零件向配合的自由表面也不应该忽视。