《机械创新设计》课件-齿轮传动

《机械创新设计》第二章典型机械结构及传动方式——齿轮传动机构课程简

介第1章

齿轮的发展历史第2章

认识齿轮第3章

齿轮传动的特点第4章

齿轮传动的类型第5章

齿轮传动的分类第6章

齿轮传动的基本要求第7章

齿轮的失效形式齿轮的发展历史PA

R

T ON

E一、齿轮的发展历史公元前350年，古希腊著名的哲学家亚里士多德在文献中对齿轮有过记录。公元前250年左右，数学家阿基米德也在文献中对使用了涡轮蜗杆的卷扬机进行了说明。在现今伊拉克凯特斯芬遗迹中还保存着公元前的齿轮。在圆板工作台边缘上均匀地插上销子，使它与销轮啮合。一、齿轮的发展历史公元前400~200年的中国古代就已开始使用齿轮战国末期齿轮东汉初年（

公元1世纪）已有人字齿轮。一、齿轮的发展历史现代齿轮技术已达到：齿轮模数0.004-100毫米；齿轮直径由1毫米-150米；传递功率可达十万千瓦；转速可达十万转/分；最高的圆周速度达300米/秒。国际上，动力传动齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。特殊齿轮的应用、行星齿轮装置的发展、低振动、低噪声齿轮装置的研制是齿轮设计方面的一些特点。认识齿轮PA

R

T TW

O二、认识齿轮1图齿轮传动在普通机械设备中，

图1

所示的齿轮传动应用非常广泛。二、认识齿轮齿轮传动在机械中有着十分广泛的应用，从常用的钟表，到汽车变速箱，都离不开齿轮传动。本小节将介绍齿轮传动的类型、特点及应用等。钟表齿轮变速箱齿轮齿轮轴齿轮传动的特点PA

R

T THRE

E三、齿轮传动的特点齿轮传动依靠主动齿轮与从动齿轮的啮合传递运动和动力，与其他传动相比，齿轮传动有下列优点：两轮瞬时传动比（角速度之比）恒定。适用的圆周速度和传动功率范围较大。传动效率较高、寿命较长。能实现平行、相交、交错轴间传动。与其他传动相比，有下列缺点：1. 制造和安装精度要求较高，成本也高。2. 不适用于较远距离的运动和动力传动。齿轮传动的类型PA

R

T FOU

R四、齿轮传动的类型直齿外齿轮传动直齿内齿轮传动齿轮齿条传动斜齿轮传动人字形齿轮传动直齿锥齿轮传动四、齿轮传动的类型曲齿锥齿轮传动交错轴齿轮传动蜗杆蜗轮传动齿轮传动的分类PA

R

T FIV

E五、齿轮传动的分类齿轮转动两平行轴的圆柱齿轮传动两相交轴的圆锥齿轮传动两相错轴的圆柱齿轮传动直齿外啮合内啮合外啮合内啮合两圆柱齿轮啮合齿轮、齿条啮合两圆柱齿轮啮合齿轮、齿条啮合曲齿圆锥（准双曲面）主齿轮传动交错轴斜齿轮传动斜齿人字齿直齿斜齿曲齿五、齿轮传动的分类按齿轮传动的工作条件又可分为：开式齿轮传动：齿轮是外露的，结构简单，但由于易落人灰砂和不能保证良好的润滑，轮齿极易磨损，为克服此缺点，常加设简单的护罩。多用于农业机械、建筑机械以及简易机械设备中的低速齿轮。闭式齿轮传动：齿轮密闭于刚性较大的箱壳内，润滑条件好，安装精确，可保证良好的工作，应用较广。按齿面硬度又分为：软齿面（HBW≤350）齿轮传动。硬齿面（HBW>350）齿轮传动两类。硬齿面齿轮具有较长的使用寿命和承载能力，应用越来越多。齿轮传动的基本要求PA

R

T SI

X六、齿轮传动的基本要求01传动平稳即两轮瞬时传动比必须保持不变。否则，当主动轮以等角速度旋转时，从动轮将以变角速度旋转，存在角加速度，从而产生惯性力矩，将引起冲击、振动和噪声，降低齿轮的寿命。02承载能力高既要求齿轮尺寸小，重量轻，又要强度高、有足够的寿命。为使齿轮传动满足传动平稳并具有较高的承载能力，齿轮齿廓必须具有特定的形状，而且需要合理地选用材料及热处理方法和确定适当的结构尺寸。六、齿轮传动的基本要求齿轮作为机械传动元件，广泛应用于汽车、机床、纺织、风力发电、印刷、航空航天、冶金、化工、物流及电动工具等行业。其关键作用在于实现转矩和运动的高效传递，确保设备和生产过程的稳定运行。作用一：传递动力和运动。齿轮最基本的作用是传递动力和旋转运动。通过两个或多个相互啮合的齿轮，一个齿轮的动力和运动可以被传递到另一个齿轮，从而驱

动整个机械系统的工作。六、齿轮传动的基本要求作用二：改变旋转速度和扭矩。通过不同大小的齿轮组合，可以实现旋转速度的增减和扭矩的变换。大齿轮带动小齿轮可以增速减扭，而小齿轮带动大齿轮则可以减速增扭。这种特性使得齿轮传动在需要变速或变扭的机械设备中尤为重要。典型应用就是减速机，如右图：六、齿轮传动的基本要求作用三：改变旋转方向。通过设计齿轮的齿形和安装方式，可以实现旋转方向的改变。例如，两个相互啮合的斜齿轮或人字齿轮可以使输入轴的旋转方向在输出轴上得到反向。六、齿轮传动的基本要求作用四：实现远距离传动。在某些机械设备中，

由于空间布局或工作需求，需要实现远距离的传动。齿轮传动可以通过中间轴和多个齿轮的组合，实现动力的远程传递。六、齿轮传动的基本要求作用五：平稳传动和缓冲减振。齿轮传动具有平稳性好的特点因为齿轮齿间的啮合可以分担载荷并降低冲击。此外，通过设计齿轮的齿形和材质，还可以实现缓冲减振的效果，保护机械设备免受损害，。六、齿轮传动的基本要求作用六：精确传动。齿轮传动具有较高的传动精度，可以实现精确的转速比和位置控制。这在需要高精度传动的机械设备中尤为重要，如精密机床、测量仪器等。六、齿轮传动的基本要求作用七：实现多种运动形式。通过复杂的齿轮组合和机构设计，可以实现多种复杂的运动形式，如分度运动、间歇运动等。这使得齿轮传动在自动化设备和复杂机械系统中具有广泛的应用。六、齿轮传动的基本要求齿轮的应用——自行车齿轮在自行车中的作用传动：齿轮系统将脚踏板的运动转化为后轮的旋转运动，从而实现自行车的行驶。变速：通过变速器，骑行者可以根据地形和体能需求选择不同的齿轮组合。例如，在下坡时使用较高的齿轮可以加速，而在上坡时使用较低的齿轮可以减少踩踏阻力。齿轮系统的设计和工作原理自行车齿轮系统通常包括前链轮和后飞轮。前链轮有多个不同的齿数，后飞轮也有多个不同的齿数。通过组合不同的链轮和飞轮，可以获得不同的传动比，从而适应不同的骑行需求。例如，高档位适用于高速骑行，而低档位适用于爬坡或重载情况。六、齿轮传动的基本要求如图所示牛头刨床中的传动装置就是齿轮传动系统。摆动导杆机构的摆动运动是由小齿轮与大齿轮组成的齿轮传动驱动，主动件小齿轮带动大齿轮转动时，安装在大齿轮上的滑块随着大齿轮的转动带着摆动导杆机构作往复摆动。牛头刨床齿轮的失效形式PA

R

T SEVE

N七、齿轮的失效形式（一）轮齿折断齿轮传动时，轮齿承受很大的载荷，根部产生弯曲应力，在长期循环载荷的作用下，当弯曲应力超过材料允许的疲劳强度极限时，轮齿的根部将出现疲劳裂纹，随着裂纹的扩大，导致整个齿根折断，这种折断称为疲劳折断。轮齿受到短时过载或冲击作用而引起的突然折断，称为过载折断。过载折断常出现在没有良好润滑条件的开式齿轮传动中。七、齿轮的失效形式（二）齿面疲劳点蚀齿轮传动时，若长期循环的交变应力超过材料的许用值，接触表面就会出现微小的疲劳裂纹，在充分润滑的条件下，进入裂纹的润滑液受到密封高压的作用，使齿面金属剥落而形成麻点状的凹坑，这种现象称为疲劳点蚀。齿面疲劳点蚀常出现在闭式齿轮的传动中，点蚀多发生在靠近节线的齿根面上。七、齿轮的失效形式（三）齿面磨损轮齿啮合表面落入金属屑，粉尘等物质，当润滑条件较差时，齿面材料被磨损，失去了渐开线齿廓的形状。齿面磨损常发生在润滑条件较差的开式齿轮传动中。七、齿轮的失效形式（四）齿面胶合相互啮合的金属齿面，在高速重载下表面压力和温度过高容易造成黏着，随着齿面的相对运动，较硬的齿面将较软的齿面撕成沟纹的现象，称为齿面胶合。高速和

低速重载的齿轮传动，容易发生齿面胶合。七、齿轮的失效形式（五