1、江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）I毕 业 论 文 （ 设 计 ）齿轮传动的设计课题名称 齿轮传动的设计 _系 别 机电工程系 _专 业 机电一体化 班 级 高专机电 091 班 _姓 名 王国平 学号 200906053102 _指导老师 刘蕴青 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）II摘要齿轮传动是应用极为广泛和特别重要的一种机械传动形式，它可以用来在空间的任意轴之间传递运动和动力，目前齿轮传动装置正逐步向小型化，高速化，低噪声，高可靠性和硬齿面技术方向发展，齿轮传动具有传动平稳可靠，传动效率高（一般可以达到 94%以上，精度较高的圆柱齿轮副可以达到 99%） ，传递功率范围广（可以
2、从仪表中齿轮微小功率的传动到大型动力机械几万千瓦功率的传动）速度范围广（齿轮的圆周速度可以从 0.1m/s 到 200m/s 或更高，转速可以从 1r/min 到 20000r/min 或更高） ，结构紧凑，维护方便等优点。因此，它在各种机械设备和仪器仪表。关键词：键 ; 轴 ; 啮合 ; 直齿圆柱齿轮 ; 减速器AbstractGear is the application of a wide range of important and special form of a mechanical transmission, which can be used to the arbitrary
3、 axis in the space between the movement and power transmission, gear device is gradually to the small, high-speed, low noise, high reliability Hardened and technical direction of transmission gear is smooth and reliable, high transmission efficiency (generally above 94% can be achieved, the higher t
4、he accuracy of cylindrical gear can be achieved 99%), a wide range of power transmission (gear can be Instrument Micro power transmission to large-scale power plant tens of thousands of kilowatts of power transmission) wide speed range (the circumferential speed gear from 0.1 m / s to 200 m / s or h
5、igher, speed can be an r / min to 20000 r / min or higher ), compact structure, the advantages of easy maintenance. Therefore, in the machinery and equipment and instrumentation.KEY WORD：Key Shaft Smesh Spur Gear Reducer江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）III目录绪论1第一章 齿轮传动的类型及特点1第二章 渐开线的形成和基本性质2第三章 渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数及几何尺
6、寸3第四章 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动4第五章 变位齿轮传动简介8第六章 齿轮的失效形式与设计准则9第七章 齿轮传动的润滑与维护10总结.11参考文献.11江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）IV绪论本论文主要叙述了传动系统中的齿轮传动。总共包括可八个部分，第一部分是齿轮传动的类型及特点；第二部分是渐开线的形成及性质；第三部分是渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸；第四部分是渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动；第五部分是齿轮的失效形式与设计准则；第六部分是齿轮的常用材料及选择；第七部分是一级圆柱齿轮减速器的设计；第八部分是齿轮传动的润滑与维护。齿轮传动是现代机械中应用极为广泛和特别重要的一种机
7、械传动形式它的主要优点是： 瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠可传递空间任意两轴之间的运动和动力； 适用的功率和速度范围广； 传动效率高，=0.92-0.98 ； 工作可靠、使用寿命长； 外轮廓尺寸小、结构紧凑。本论文中的实例主要讲述了带式运输机的传动装置一级圆柱齿轮减速器的设计过程。首先进行了传动方案的评述，选择齿轮减速器作为传动装置，然后进行减速器的设计计算（包括选择电动机、设计齿轮传动、轴的结构设计、选择并验算滚动轴承、选择并验算联轴器、校核平键联接、选择齿轮传动和轴承的润滑方式九部分内容） 。减速器具有很大的发展前景和意义。国内减速器现状，国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但
8、普遍存在着功率与重量比小，或者传动比大而机械效率过低的问题。另外，材料品质和工艺水平上还有许多弱点，特别是大型的减速器问题更突出，使用寿命不长。国内使用的大型减速器（500kw 以上） ，多从国外（如丹麦、德国等）进口，花去不少的外汇。60 年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大，体积小、机械效率高等优点。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都要小于 40kw。由于在传动的理论上、工艺水平和材料品质方面没有突破，因此，没能从根本上解决传递功率大、传动比大、体积小、重量轻、机械效率高等这些基本要求。90 年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种
9、外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单，效率亦高。由于该减速器的三轴平行结构，故使功率/体积（或重量）比值仍小。且其输入轴与输出轴不在同一轴线上，这在使用上有许多不便。北京理工大学研制成功的“内平动齿轮减速器“不仅具有三环减速器的优点外，还有着大的功率/重量（或体积）比值，以及输入轴和输出轴在同一轴线上的优点，处于国内领先地位。国内有少数高等学校和厂矿企业对平动齿轮传动中的某些原理做些研究工作，发表过一些研究论文，在利用摆线齿轮作平动减速器开展了一些工作。第一章 齿轮传动的类型及特点1.1 齿轮传动的类型齿轮传动类型很多，
10、按两轮轴线的相对位置和齿向可分为如图表格所示几类。平面齿轮传动直齿圆柱齿轮传动斜齿圆柱齿轮传动人字齿传动 齿轮条传动相交轴齿轮传动直齿锥齿轮传动斜齿轮传动 曲线齿锥齿轮传动齿轮传动空间齿轮传动交错轴齿轮 交错轴斜齿 蜗轮蜗杆传 准双曲面齿江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）V传动 轮传动 动 轮传动按照轮齿齿廓曲线的形状，可以将齿轮传动分为渐开线齿轮传动、圆弧齿轮传动和摆线齿轮传江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）VI动等。按照工作条件的不同，可以将齿轮传动分为开式齿轮传动和闭式齿轮传动1.2 齿轮传动的特点齿轮传动主要有以下几点优点：（1)适用的圆周速率和功率范围广，效率高；（2)能保证
11、瞬时传动比恒定；（3)工作可靠且寿命长；（4)可以传递空间任意两轴之间的运动及动力。齿轮传动的主要缺点如下:(1)制造、安装精度要求较高，故成本高；（2）精度低时噪音大，是机器的主要噪声源之一；（3）不宜用作轴间距过大的两轴之间的传动（4）无过载保护；(5)需专门的加工设备。第二章 渐开线的形成和基本性质2.1 渐开线的形成和性质如图5.2.1-1所示，一条直线（称为发生线 (generating line)）沿着半径为 rb 的圆周（称为基圆(base circle)）作纯滚动时，直线上任意点 K 的轨迹称为该圆的渐开线 (involute)。 由渐开线的形成(construction of
12、 an involute)过程可知它具有以下特性：相应于发生线和基圆上滚过的长度相等，即 , 即为渐开线在 K 点的法线。渐开线上各点的曲率半径不同，离基圆越远，其曲率半径越大，渐开线越平直。渐开线上任意一点的法线必切于基圆。渐开线的形状取决于基圆半径的大小。基圆半径越大，渐开线越趋平直。基圆以内无渐开线。第三章 渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸3.1 直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号由齿轮类型可知，直齿圆柱齿轮包含有圆柱外齿轮(external gear)、圆柱内齿轮(internal gear)以及齿条。其中圆柱外齿轮及其啮合传动最为广泛，也是本章讨论的重点。为简便起见，以下就将“外”
13、字去除，简称齿轮和齿轮啮合传动。图5.3.1-1所示为齿轮的一部分，由于齿轮沿其宽度 B 方向的剖面形状都相同，因此只需从其端面形状来讨论齿轮的各部分名称及尺寸计算。常见的各部分名称是：(1).齿顶圆(addendum circle)过所有轮齿顶端的圆，其半径用 ra表示。(2).齿根圆(dedendum circle)过所有齿槽底部的圆，其半径用 rf表示。(3).基圆(base circle)形成渐开线齿廓的圆，其半径用 rb表示。(4).分度圆(standard pitch circle)位于轮齿的中部，是设计、制造的基准圆，其半径用 r表示。(5).齿顶高(addendum)齿顶圆与分
14、度圆之间的径向距离，其长度用 ha表示。(6).齿根高(dedendum)齿根圆与分度圆之间的径向距离，其长度用 hf表示。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）VII(7).全齿高齿顶圆与齿根圆之间的径向距离，其长度用 h 表示，且 h=ha+hf。(8).齿厚(tooth thickness)每个轮齿在某一个圆上的圆周弧长。不同圆周上的齿厚不同，在半径为 rk的圆上，齿厚用 sk表示；在半径为 r 的分度圆上，齿厚用 s 表示。(9).齿槽宽(tooth space)相邻两个齿间在某一个圆上的齿槽的圆周弧长。不同圆周上的齿槽宽不同，在半径为 rk的圆上，齿槽宽用 ek表示；在半径为 r 的
15、分度圆上，齿槽宽用 e 表示。(10).齿距(circular pitch)（或称周节）相邻两个轮齿同侧齿廓之间在某一个圆上对应点的的圆周弧长。不同圆周上的齿距不同，在半径为 rk的圆上，齿距用 pk表示，显然有 pk=sk+ek；在半径为 r 的分度圆上，齿距用 p 表示，同样 p=s+e。若为标准齿轮，则有 s=e= 。(11).法向齿距(norm base pitch)相邻两个轮齿同侧齿廓之间在法线方向上的距离，用 pn表示。由渐开线特性可知：p n=pb（基圆齿距） 。图 5.3.1-13.2 标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算1、标准直齿圆柱齿轮的基本参数标准直齿圆柱齿轮的基本
16、参数如下（1)模数设齿轮的齿数为 z，为计算分度圆半径 r，则有则 所以由上面公式可知 ，当 z 一定时，齿距 p 的大小能说明齿轮的大小。此外由 p 的大小还可以对轮齿的厚薄有一粗略的了解。可见分度圆齿距 p 是齿轮参数中比较有代表性的参数。但是由式(5.3.2-1)来计算 r 或 p 都会涉及无理数 p，为避免此情况，工程中引入一个新参数 ，称为模数(modul)（单位为 mm） ，作为设计、制造的基本参数，并将其标准化，其标准值见表 3.2-1。表标 3.2-1 准模数系列第一系列0.1， 0.12， 0.15， 0.2， 0.25， 0.3， 0.4， 0.5， 0.6， 0.8，1，
17、 1.25， 1.5， 2， 2.5， 3， 4， 5， 6， 8，10， 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）VIII12， 16， 20， 25， 32， 40， 50第二系列0.35， 0.7， 0.9， 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， (30)，36， 45（2）压力角如前所说，齿轮轮廓上各点的压力角不一样。为了便于设计、制造和互换使用，将分度圆上的压力角规定为标准值。我国标准规定 a=20。此外，有些国家也采用 14.5、15 等标准值。分度圆上的压力
18、角就是通常所说的齿轮的压力角。而对于齿条，由于齿廓上各点的法线是平行的，而且在传动时齿条做平动，齿廓上各点的速度的大小和方向都一致，所以齿条齿廓上各点的压力角均相同，且等于齿廓的倾斜角（取标准值 20),也称为齿形角。(3）齿数齿数不但影响齿轮的几何尺寸，而且影响齿廓曲线的形状。由公式 db=dcosa=mzcosa，可见只有 m、z、a 都确定了，齿轮的基圆直径 db 才能确定，同时渐开线的形状才能确定，所以 m、z、a 是决定轮齿渐开线形状的三个基本参数。当 m、a 不变时，z 越大，基圆越大渐开线越平直。(4)齿顶高系数 ha*和顶隙系数 c*齿轮的齿顶高、齿根高都与模数 m 成正比，即
19、 ha=ha*.m hf=（ha*+c*）m h=(2ha*+c*)m 式中，ha*为齿顶高系数，c*为顶隙系数。国家标准规定：对于正常齿制，ha*=1，c*=0.25；对于短齿制，ha*=0.8，c*=0.3.2、标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算现将其主要公式列于下表中江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）IX第 4 章 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动4.1、渐开线齿廓啮合特性1、瞬时传动比恒定由渐开线性质（2）可知，过啮合点 k 所作的两齿廓的公法线必同时与两轮的基圆相切，齿轮传动时，两轮在过啮合点 k 的公法线上的速度必须相等，所以 vk1cosak1=vk2cosak2即 w1O1Kcos
20、aak1=w2O2Kcosak2于是该瞬时传动比为 i=w1/w2=rb2/rb1=常数（7-8）由于基圆半径不变，且 k 为任意一点，所以渐开线齿廓在任意点 k 啮合时，两轮的瞬时传动比都等于基圆半径的反比，故瞬时传动比恒定。注意：节圆是一对齿轮传动时出现了节点以后才存在的，单个齿轮不存在节点，也就不存在节圆。而且如果两轮的中心 O1、O2 发生改变，两轮的节圆大小也将随之改变。齿轮传动中，齿廓在除节点外的其他点上，沿公切线上的分速度并不相等，故两齿廓沿切向必将产生相对滑动，且啮合点 k 离节点越远，滑动速度越大。2、中心距可分性由式(7-8)可知，渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比。
21、 齿轮在加工完成后，基圆半径就确定了。当两轮的中心距由于制造、安装的误差以及在运转过程中轴的变形、轴承的磨损等原因，使得实际值与设计值有所偏差时，也不会改变传动比。渐开线齿轮传动的这一特性称为中心距可分性。它为齿轮的设计，制造和安装带来很大方便，也是渐开线齿轮传动得到广泛应用的重要原因。中心距变化后，两轮的节圆半径也随之变化，但它们的比值将保持不变。4.2、渐开线直齿圆柱齿轮的啮合过程和正确啮合条件1、啮合过程江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）X图中 B2点 是从动轮 2 齿顶圆与啮合线 N1N2的交点，是一对轮齿啮合的起始点。随着啮合传动的进行，两齿廓的啮合点沿着啮合线移动，直到 主动轮
22、 1 的齿顶圆与啮合线的交点 B1 时，两轮齿即将脱离接触，B 1点为轮齿啮合的终止点。 从一对轮齿的啮合过程来看，啮合点实际走过的轨迹只是啮合线上的一段，即 ，称为实际啮合线。当两轮齿顶圆加大时，点 B2和 B1将分别趋近于点 N1和 N2，实际啮合线将加长，但因基圆内无渐开线，所以实际啮合线不会超过 N1N2，即 N1N2是理论啮合线，称为理论啮合线。2、正确啮合条件三个图中的齿轮都是渐开线齿轮，但 图 1 和图 2 中的主动轮只能带动从动轮转过一个小角度就卡死不能动了，而图 3 中的主动轮可以带动从动轮整周转动，看来并不是任意两个渐开线齿轮都能正确地进行啮合，而是必须满足一定的条件，即正
23、确啮合条件。那么，这个条件是什么？ 从图 3 中可以看出：两个渐开线齿轮在啮合过程中，参加啮合的轮齿的工作一侧齿廓的啮合点都在啮合线 N1N2 上。而在 图 1 和图 2 中，工作一侧齿廓的啮合点 H 不在啮合线 N1N2 上，这就是两轮卡死的原因。从图 3 中可以看出是齿轮 1 的法向齿矩 ， 是齿轮 2 的法向齿矩 ，亦即:这个式子就是一对相啮合齿轮的轮齿分布要满足的几何条件,称为正确啮合条件。 由渐开线性质可知，法向齿距与基圆齿距相等，故上式也可写成 将 和 代入式中得： 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）XI由于模数 m 和压力角 均已标准化，不能任意选取，所以要满足上式必须使：结
24、论：一对渐开线齿轮，在模数和压力角取标准值的情况下，只要它们分度圆上的模数和压力角相等。4.3、渐开线连续传动条件及重合度1.轮齿啮合过程图中 B2点 是从动轮 2 齿顶圆与啮合线 N1N2的交点，是一对轮齿啮合的起始点。随着啮合传动的进行，两齿廓的啮合点沿着啮合线移动，直到 主动轮 1 的齿顶圆与啮合线的交点 B1 时，两轮齿即将脱离接触，B 1点为轮齿啮合的终止点。 从一对轮齿的啮合过程来看，啮合点实际走过的轨迹只是啮合线上的一段，即 ，称为实际啮合线。当两轮齿顶圆加大时，点 B2和 B1将分别趋近于点 N1和 N2，实际啮合线将加长，但因基圆内无渐开线，所以实际啮合线不会超过 N1N2，
25、即 N1N2是理论啮合线，称为理论啮合线。 从动画中可以看出，在两轮轮齿的啮合过程中，并非全部渐开线齿廓都参加工作，而是图中阴影线所示的部分。实际参与啮合的这段齿廓称为齿廓工作段。 2.连续传动条件从图中可以看出，虽然一对渐开线齿轮的法向齿距相等，但是 ，当前一对轮齿在点B1脱离啮合时，后一对轮齿尚未进入啮合，传动中断。 若 ，当前一对轮齿在 B1点即将脱离啮合时，后一对轮齿正好在 B2点啮合，传动刚好连续，在传动过程中，始终有一对轮齿啮合。江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）XII若 ，当前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿已进入啮合，确保了传动的连续性。在传动过程中，有时是一对轮齿啮合，
26、有时是两对轮齿啮合。 则齿轮连续传动的条件：实际啮合线的长度大于或至少等于法向齿距。我们把 与 的比值用 表示， 称为齿轮传动的重合度，故齿轮连续传动的条件为：齿轮传动的重合度越大，就意味着同时参与啮合的轮齿越多。这样，每对轮齿的受载就小，因而也就提高了齿轮传动的承载能力。故 是衡量齿轮传动质量的指标之一。第 5 章 变位齿轮传动简介5.1 变位齿轮前面讨论的都是渐开线标准齿轮。它们设计简单，互换性好，有许多优点，因而广泛应用。但随着生产的发展，对齿轮传动性能的要求日益提高，标准齿轮暴露出许多不足。例如：(1)结构不够紧凑。因受根切限制，齿数不得小于 zmin，这就限制了齿轮结构尺寸不能太小。
27、(2)难以凑配中心距。因标准中心距为 a=m/2（z1+z2 ） ，当实际中心距 aa 时，根本无法安装；而当 aa 时，虽然能安装，但将产生较大的齿侧间隙，必将产生冲击和噪声。而且重合度也要降低，影响传动的平稳性。(3)承载能力较低。一对标准齿轮传动时，小齿轮的齿根厚度小，而啮合次数又较多，故在相同条件下，小齿轮比大齿轮容易破坏。因此，大齿轮轮齿抗弯能力不能充分发挥出来，达不到等强度的要求，限制了大齿轮的承载能力。采用变位齿轮可以弥补上述标准齿轮的不足。2、变位齿轮传动的类型按照相互啮合的两齿轮的变位系数之和 x1+x2 值的不同，变位齿轮传动可分为三种基本类型，标准齿轮传动可看做是零变位传
28、动的特例。变位齿轮传动的类型及性能比较见下表。 江苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）XIII角度变位齿轮传动传动类型 高度变位齿轮传动正传动 负传动齿数条件 Z1+Z22Zmin Z1+Z22Zmin）Z1+Z22Zmin变位系数要求 X1=-X2,X1+X2=0 X1+X20 X1+X2a aa 的中心距要求重合度略有提高，满足 a12m/s 时，由于圆周速度大，齿轮搅油剧烈，增加损耗，搅起箱底沉淀杂质，不宜采用浸油润滑，而因采用喷油润滑。对于开式齿轮传动，由于其传动速度较低，通常采用人工定期加油润滑的方式。2、润滑剂的选择齿轮传动的润滑剂多采用润滑油。其运动黏度通常根据齿轮材料和圆周速度
29、选取，并由选定的运动黏度再确定润滑油的牌号。7.2、齿轮传动的维护（1）使用齿轮传动时，在启动、加载、卸载及换挡的过程中应力求平稳，避免产生冲击载荷，以防止引起断齿等故障。（2）经常检查润滑油系统的状况（如润滑油的油面高度等） 。油面过低则润滑不良，油面过高会增加搅油功率的损失。对于压力喷油润滑系统还需检查油压状况，油压过低会造成供油不足，油压过高则可能是因为油路不畅所致，需及时调整油压，还应按照规则定期更换或补充规定牌号的润滑油。（3）注意检查齿轮传动时的故障状况，如有无不正常的声音或箱体过热现象等。润滑不良和装配不符合要求是齿轮失效的重要原因，声响监测和定期检查是发现齿轮损伤的主要方法。江
30、苏畜牧兽医职业技术学院论文（设计 ）XV总结通过此次对齿轮传动及轴零件的设计，是对我所学的专业知识的一次全面的综合测试，通过查阅资料，教材，开拓了视野，提高了我的实践能力，在对资料的查阅在对齿轮大小的改造过程中，让我更加深了机械制造方面的专业知识。机械设计是现代机械工业的重要技术和先进工业技术的基础，在重工业机械设计，包括机电一体化，生产自动化是国家生产力的代表，综合体现了其工业发达技术水平。通过这段时间关于齿轮传动的毕业设计，让我对齿轮的生产制造与应用推广有了大致地了解。齿轮传动及轴零件的设计对现代工业的发展起到了不可或缺的作用，尤其是对汽车，机械等行业发展更是不容质疑的发挥了巨大作用。让我
31、深知齿轮对我们国家工业领域起着重要意义。毕业设计的锻炼了我作为一名大学生的独立思考和设计能力，把我们所学专业知识有效地结合在一起，并且得到了全面应用，是对我们大学三年来专业知识综合性的考核和测验。通过本次关于齿轮传动的毕业设计，让我学会了很多做人的道理：怎样与同学共事，怎么与一个团体和谐相处，怎样做才能提高学习及工作的效率等等，让我学到了很多在书本及课堂上学不到的东西， ，自己的专业知识得到了很好的利用和施展，总之，这次毕业设计的顺利完成对我的人生改变起到了很大的影响，在以后的生活及学习中，我会更加努力，勇往直前，相信自己，创造未来。参考文献（1） 机械设计基础 ，罗玉福、王少岩主编，大连理工大学出版社，2008（2） 机械制图,陆文秀主编 ,天津大学出版社 2002（3） 机械设计课程设计手册吴宗泽，罗圣国主编 北京高等教育出版社 2006（4） 机械零件设计手册，吴宗泽主编，机械工业出版社，2004.
