機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)齒輪系

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)齒輪系匯報(bào)人：AA2024-01-14CATALOGUE目錄齒輪系基本概念與分類齒輪系傳動(dòng)比計(jì)算與分配齒輪系設(shè)計(jì)參數(shù)選擇與優(yōu)化齒輪系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)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(shù)總結(jié)與展望01齒輪系基本概念與分類由兩個(gè)或多個(gè)齒輪組成的傳動(dòng)系統(tǒng)，用于傳遞動(dòng)力和扭矩。齒輪系定義實(shí)現(xiàn)不同軸之間的動(dòng)力傳遞和轉(zhuǎn)速變換，滿足各種機(jī)械裝置對運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(cuò)軸齒輪系齒輪系分類與特點(diǎn)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(cuò)軸齒輪系。各齒輪軸線平行，通過圓柱齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高。兩軸線相交于一點(diǎn)，通過圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，可改變傳動(dòng)方向。兩軸線既不平行也不相交，通過螺旋齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，適用于空間交錯(cuò)軸間的動(dòng)力傳遞。相關(guān)術(shù)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(dòng)的平穩(wěn)性。齒輪上的輪齒數(shù)量，影響齒輪的傳動(dòng)比和尺寸。主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速與從動(dòng)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(dòng)比02齒輪系傳動(dòng)比計(jì)算與分配傳動(dòng)比是指主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速與從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速之比，反映了齒輪傳動(dòng)的變速效果。傳動(dòng)比i=n1/n2，其中n1為主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速，n2為從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速。傳動(dòng)比定義及計(jì)算公式計(jì)算公式傳動(dòng)比定義在齒輪系中，傳動(dòng)比的分配應(yīng)遵循使各級傳動(dòng)比乘積等于總傳動(dòng)比的原則，同時(shí)考慮各級齒輪的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)和噪聲等因素。分配原則常用的傳動(dòng)比分配方法有等比數(shù)列法、等差數(shù)列法和經(jīng)驗(yàn)法等。其中等比數(shù)列法適用于高速級傳動(dòng)比較大、低速級傳動(dòng)比較小的場合；等差數(shù)列法適用于各級傳動(dòng)比相差不大的場合；經(jīng)驗(yàn)法則是根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際需要進(jìn)行分配。分配方法傳動(dòng)比分配原則與方法實(shí)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(shè)計(jì)一個(gè)三級齒輪系實(shí)現(xiàn)該變速效果。計(jì)算總傳動(dòng)比根據(jù)輸入、輸出轉(zhuǎn)速計(jì)算總傳動(dòng)比i=1500/600=2.5。分配各級傳動(dòng)比采用等比數(shù)列法進(jìn)行分配，設(shè)公比為q，則各級傳動(dòng)比分別為i1=q，i2=q^2，i3=q^3。根據(jù)總傳動(dòng)比和各級傳動(dòng)比的乘積等于總傳動(dòng)比的原則，可以求解出公比q和各級傳動(dòng)比的具體數(shù)值。設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)過計(jì)算和設(shè)計(jì)，得到三級齒輪系的具體參數(shù)和各級傳動(dòng)比的分配情況。通過實(shí)例分析可以看出，合理的傳動(dòng)比分配對于齒輪系的性能和使用壽命具有重要意義。01020304實(shí)例分析：傳動(dòng)比計(jì)算與分配03齒輪系設(shè)計(jì)參數(shù)選擇與優(yōu)化模數(shù)是齒輪設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，影響齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和噪音等性能。選擇模數(shù)時(shí)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(dòng)比和中心距，選擇齒數(shù)時(shí)需根據(jù)傳動(dòng)要求、齒輪尺寸限制和加工工藝性等因素進(jìn)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(dòng)的平穩(wěn)性和效率。一般情況下，標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(jī)制的優(yōu)化算法，可用于齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化。通過構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)，將齒輪的強(qiáng)度、耐磨性、噪音等性能作為優(yōu)化目標(biāo)，利用遺傳算法進(jìn)行迭代尋優(yōu)，得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)組合。基于有限元分析的參數(shù)優(yōu)化有限元分析是一種數(shù)值計(jì)算方法，可用于分析齒輪的應(yīng)力分布和變形情況。通過建立齒輪的有限元模型，對不同設(shè)計(jì)參數(shù)下的齒輪進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核，從而得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種通過合理安排試驗(yàn)方案和分析試驗(yàn)結(jié)果，獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的方法。在齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化中，可采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法，安排多組不同設(shè)計(jì)參數(shù)的試驗(yàn)方案，通過分析試驗(yàn)結(jié)果得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)組合。參數(shù)優(yōu)化方法探討實(shí)例背景某機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中需設(shè)計(jì)一齒輪系，要求傳動(dòng)平穩(wěn)、噪音低、強(qiáng)度高。參數(shù)優(yōu)化過程采用遺傳算法對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以齒輪的強(qiáng)度、耐磨性和噪音為優(yōu)化目標(biāo)，經(jīng)過多次迭代尋優(yōu)，得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)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(dòng)平穩(wěn)性更好，噪音更低，強(qiáng)度更高。與優(yōu)化前相比，傳動(dòng)效率提高了5%，噪音降低了10%，使用壽命延長了20%。設(shè)計(jì)參數(shù)選擇根據(jù)傳動(dòng)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(shí)例分析：設(shè)計(jì)參數(shù)選擇與優(yōu)化過程04齒輪系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核

結(jié)構(gòu)類型及其特點(diǎn)介紹定軸輪系各齒輪軸線固定不動(dòng)，通過軸承支承在機(jī)架上。主要適用于傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)的場合，如鐘表、儀器等。周轉(zhuǎn)輪系至少有一個(gè)齒輪的軸線繞另一個(gè)齒輪的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。適用于傳遞大速比、大扭矩的場合，如汽車、工程機(jī)械等。復(fù)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(dòng)比大、效率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中。ABCD齒面接觸強(qiáng)度校核通過計(jì)算齒面接觸應(yīng)力，與許用接觸應(yīng)力進(jìn)行比較，判斷齒面接觸強(qiáng)度是否滿足要求。疲勞強(qiáng)度校核考慮齒輪在交變應(yīng)力作用下的疲勞破壞，通過計(jì)算疲勞壽命或安全系數(shù)進(jìn)行校核。靜強(qiáng)度校核對于受靜載荷作用的齒輪，需進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，計(jì)算齒輪在靜載荷作用下的應(yīng)力并與許用應(yīng)力進(jìn)行比較。齒根彎曲強(qiáng)度校核計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力，與許用彎曲應(yīng)力進(jìn)行比較，判斷齒根彎曲強(qiáng)度是否滿足要求。強(qiáng)度校核方法與步驟設(shè)計(jì)要求：根據(jù)給定的傳動(dòng)比、輸入轉(zhuǎn)速和扭矩等參數(shù)，設(shè)計(jì)一款適用于特定場合的齒輪系。實(shí)例分析：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核過程設(shè)計(jì)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(shí)例分析：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核過程進(jìn)行齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括齒輪軸、軸承、箱體等部件的設(shè)計(jì)。進(jìn)行強(qiáng)度校核，包括齒面接觸強(qiáng)度、齒根彎曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和靜強(qiáng)度的校核。根據(jù)校核結(jié)果對設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，直至滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)例分析：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)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(gè)級別，如IT5、IT6、IT7等，不同級別對應(yīng)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(shí)，需要考慮傳動(dòng)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(dòng)場合，而低精度齒輪系則適用于低速、輕載、一般精度傳動(dòng)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(yīng)遵循互換性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性的原則。互換性要求齒輪副在裝配時(shí)能互換使用，經(jīng)濟(jì)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(jì)算法、類比法和試驗(yàn)法。計(jì)算法是通過公式計(jì)算得出公差數(shù)值，類比法是根據(jù)相似產(chǎn)品或經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比確定公差數(shù)值，試驗(yàn)法則是通過試驗(yàn)確定最佳公差數(shù)值。公差配合原則和方法010203實(shí)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(dòng)要求和工作條件，選擇適當(dāng)?shù)木鹊燃墶Ｔ谠摾?，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(diǎn)和使用要求，確定各項(xiàng)公差的數(shù)值范圍。然后通過計(jì)算或類比法確定各項(xiàng)公差的具體數(shù)值，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整以滿足經(jīng)濟(jì)性和可靠性的要求。最后進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確保齒輪副在實(shí)際使用中能滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)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(shù)潤滑方式根據(jù)齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)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(shí)，要注意潤滑劑的粘度、極壓性、抗磨性、防腐性等性能指標(biāo)。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(shí)，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(shè)計(jì)合理設(shè)計(jì)密封結(jié)構(gòu)，如迷宮式密封、浮動(dòng)油封等，以提高密封效果和使用壽命。密封技術(shù)探討根據(jù)齒輪箱的熱平衡計(jì)算和工作環(huán)境，選擇合適的散熱方式，如自然散熱、強(qiáng)制風(fēng)冷、強(qiáng)制液冷等。散熱方式設(shè)計(jì)合理的散熱裝置，如散熱片、散熱風(fēng)扇、散熱器等，以提高散熱效果。同時(shí)，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(shè)計(jì)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(shù)介紹07總結(jié)與展望齒輪系基本概念齒輪系傳動(dòng)比計(jì)算齒輪系設(shè)計(jì)準(zhǔn)則齒輪系應(yīng)用實(shí)例本次課程重點(diǎn)內(nèi)容回顧介紹了齒輪系的定義、分類、特點(diǎn)等基本概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。闡述了齒輪系設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的準(zhǔn)則，如強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等方面的要求。詳細(xì)講解了如何計(jì)算齒輪系的傳動(dòng)比，包括定軸輪系和周轉(zhuǎn)輪系的計(jì)算方法。通過實(shí)例分析，展示了齒輪系在機(jī)械工程中的應(yīng)用，加深了學(xué)生對理論知識的理解。隨著科技的進(jìn)步，未來可能會研發(fā)