【清华课件-机械设计基础A(3)】Chapter6Gears(new)【英文版】
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机械设计基础课件(全套课件300p)-2024鲜版
机械设计基础课件(全套课件300p)
2024/3/28
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2024/3/28
• 机械设计概述 • 机械设计基础知识 • 机械零件设计 • 机械系统设计 • 机械制造工艺与装备 • 现代设计方法在机械设计中的应用
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01
机械设计概述
2024/3/28
3
机械设计的定义与分类
定义
机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传 递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将 其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
动螺旋传动等。
2024/3/28
13
轴系零件设计
轴的设计
详细讲解轴的类型、材料选择、结构设计以 及强度校核等。
联轴器和离合器的设计
讲解联轴器和离合器的类型、特点和应用， 以及设计方法和注意事项。
2024/3/28
轴承的选用
阐述轴承的类型、特点和应用，包括滚动轴 承和滑动轴承的选用方法。
制动器的设计
设计原则与方法
阐述机械系统总体设计的 原则和方法，如模块化设 计、并行设计、优化设计 等。
17
机械系统详细设计
传动系统设计
详细介绍传动系统的设计方法， 包括齿轮传动、带传动、链传动
等的设计计算和选型。
2024/3/28
控制系统设计
阐述控制系统设计的原理和方法， 包括开环控制和闭环控制的设计 和实现。
2024/3/28
27
数学规划方法
利用数学规划理论，建立设计问 题的数学模型，通过求解最优解
来实现设计优化。
遗传算法
模拟生物进化过程的优化算法，通 过选择、交叉、变异等操作，逐步 逼近最优解。
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• 机械设计概述 • 机械设计基础知识 • 机械零件设计 • 机械系统设计 • 机械制造工艺与装备 • 现代设计方法在机械设计中的应用
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01
机械设计概述
2024/3/28
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机械设计的定义与分类
定义
机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传 递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将 其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
动螺旋传动等。
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13
轴系零件设计
轴的设计
详细讲解轴的类型、材料选择、结构设计以 及强度校核等。
联轴器和离合器的设计
讲解联轴器和离合器的类型、特点和应用， 以及设计方法和注意事项。
2024/3/28
轴承的选用
阐述轴承的类型、特点和应用，包括滚动轴 承和滑动轴承的选用方法。
制动器的设计
设计原则与方法
阐述机械系统总体设计的 原则和方法，如模块化设 计、并行设计、优化设计 等。
17
机械系统详细设计
传动系统设计
详细介绍传动系统的设计方法， 包括齿轮传动、带传动、链传动
等的设计计算和选型。
2024/3/28
控制系统设计
阐述控制系统设计的原理和方法， 包括开环控制和闭环控制的设计 和实现。
2024/3/28
27
数学规划方法
利用数学规划理论，建立设计问 题的数学模型，通过求解最优解
来实现设计优化。
遗传算法
模拟生物进化过程的优化算法，通 过选择、交叉、变异等操作，逐步 逼近最优解。
【清华课件-机械设计基础A(3)】第6章齿轮传动10
6.1齿轮传动的特点
6.1.1齿轮传动的特点
☺啮合传动，效率高; 结构紧凑;效率高：单级
最高可达99%;传递功率大，可达几十千瓦。 ☺结构紧凑。
☺传动比稳定、准确；工作可靠，寿命长。
☺传动比稳定，单级最大传动比为8。 ☺加工精度较高，安装也较复杂，造价较高。 ☺仅适用于近距离传动。
6.1齿轮传动的特点
相对滑动
6.3.2 轮齿的失效形式
失效形式
轮齿的失效—轮齿的折断
静载荷折断——尖峰或冲击载荷 疲劳折断——变化的载荷
齿面的失效
接触疲劳点蚀（收敛性、扩展性） 齿面磨损—磨粒磨损为主 齿面胶合—重载高速，由于瞬时温升引起的 齿面塑性流动—低速重载、频繁起动或过载传动
引起传动失效 的影响因素
工作情况：速度、载荷的大小等 防护情况：开式、半开式、闭式 材料及热处理：
da≥400~500mm
铸铁 HT250、QT500-5 P184表6-6 齿轮常用金属材料材料
非金属 夹布塑胶, 尼龙: 适用于载荷小、高速及精度
要求不高的场合，但一般考虑散热条件，不成对使用。
6.3齿轮的材料及其选择原则
齿轮材料的热处理
☺整体淬火：40Cr ☺表面淬火： 45、40Cr 、40CrNi ☺渗碳淬火：20、20Cr 、20CrMnTi ☺渗氮 ☺碳氮共渗
6.4齿轮传动的受力分析
齿轮传动受力分析的目的 6.4.1直齿轮的受力分析 6.4.2斜齿轮的受力分析 6.4.3锥齿轮的受力分析 6.4.4计算载荷
6.4齿轮传动的受力分析
齿轮传动受力分析的目的
☺计算齿轮的强度；设计轴及选择轴承的依据
齿轮传动中轮齿受力的类型
☺工作力：法向力Fn ☺附加动载荷
机械设计基础全套ppt课件
机械设计基础全套ppt 课件•机械设计概述•机械零件设计基础•传动系统设计•轴系零部件设计目录•连接与紧固件设计•液压与气压传动系统设计•现代设计方法在机械设计中的应用机械设计概述01机械设计定义与分类•机械设计的定义：根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的工作过程。
•新型设计：应用成熟的科学技术或经过实验证明是可行的新技术，设计过去没有过的新型机械。
•继承设计：根据使用经验和技术发展对已有的机械进行设计更新，以提高其性能、降低其制造成本或减少其运用费用。
•变型设计：为适应新的需要对已有的机械作部分的修改或增删而发展出不同于标准型的变型产品。
机械设计原则技术性能准则：技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能，既包含静态性能，又包含动态性能。
经济性准则：提高设计经济性的途径有：选择适当的设计准则，避免或减小过剩设计；采用现代设计方法，合理地设计零部件或系统；设计高效率的零部件；提高制造精度，采用可靠性设计，优化产品设计结构，减少维修频次和维修量，延长产品寿命。
可靠性准则可靠性是指产品在规定的使用条件下，在预期的使用寿命内，完成规定功能的能力。
可靠性不仅与产品有关，还与产品的使用有关。
安全性准则安全性指产品在流通和使用过程中，有关危害人身安全与健康的风险大小。
经验设计根据已有的经验公式或设计者本人的工作经验，或借助类比方法所进行的设计。
它主要适用于使用要求不大变动而结构形状已典型化的零部件。
理论设计依靠现有的科学理论和试验数据所进行的设计。
它是一种定量设计，凡属重要和大型的结构均应采用理论设计。
类比设计应用类比推理方法进行的设计。
它适用于有定型产品的零部件和工艺装备的设计，特别适用于对系列产品的改进和新产品的开发。
绿色是从环境保护领域中引用来的，人类社会的发展必将走向人类社会与自然界的和谐。
【清华课件-机械设计基础A(3)】讲义5
第9章 滚动轴承
9.1 概述
特点：
摩擦阻力矩小 价格低 标准化程度高
组成：
滚动体 内座圈 外座圈
如果使滚动体直接与轴和孔表面接触，必然对轴和孔零件的材料选择、热 处理方式和表面加工工艺提出特殊要求，这将对滚动轴承的使用造成不方 便。所以，滚动轴承带有内、外座圈，它们的材料、热处理方式和表面状 况与滚动体相同。
第9章 滚动轴承
9.2 滚动轴承的类型和选用 9.2.1常用滚动轴承的主要类型、结构和特点
0
双列角接触球轴承
1
调心球轴承
2
调心滚子轴承
3
圆锥滚子轴承
5
推力球轴承
6
深沟球轴承
7
角接触球轴承
2(9)
推力调心滚子轴承
N
圆柱滚子轴承
NA
滚针轴承
第9章 滚动轴承
9.2 滚动轴承的类型和选用 9.2.1常用滚动轴承的主要类型、结构和特点
机械设计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第9章 滚动轴承
第9章 滚动轴承
9.1 概述
特点：
摩擦阻力矩小
由于发生在滚动轴承 中的摩擦是滚动摩 擦，滚动摩擦功耗远 小于滑动摩擦，滚动 轴承的摩擦阻力矩比
一般滑动轴承小得多。
注1.滑动摩擦系数和滚动摩擦系数量纲不同，无法比较大小。 2.特殊工况下的滑动轴承可以具有很小的滑动摩擦系数。 3.使用了滚动体并不一定是滚动摩擦。
6
深沟球轴承
7
角接触球轴承
角接触球轴承可以同时承受径向载荷 和轴向载荷，承载能力比深沟球轴承 大，极限转速较高。
角接触球轴承轴向承载能力随接触角 增大而增大，角接触球轴承可以承受 纯轴向载荷。
角接触球轴承要成对使用。
2024版机械设计基础PPT全套完整教学课件pptx[1]
![2024版机械设计基础PPT全套完整教学课件pptx[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/d5a9116a492fb4daa58da0116c175f0e7dd1196d.png)
2024/1/28
5
机械设计的发展历程与趋势
2024/1/28
古代机械设计
简单机械装置，如杠杆、滑轮、轮 轴等。
近代机械设计
工业革命带来的机械化生产，促进 了机械设计的发展。
6
机械设计的发展历程与趋势
• 现代机械设计：计算机辅助设计（CAD）、优化设计、有 限元分析等技术的应用，使机械设计更加精确和高效。
等。
设计成果
完成齿轮减速器的三维模型设 计、二维工程图绘制及装配图
等。
23
案例二：轴承座的设计
设计背景
轴承座是支撑轴承并传递载荷的重要部件， 广泛应用于各种机械设备中。
设计步骤
确定轴承类型、选择轴承座结构形式、计算 轴承座尺寸、校核轴承座强度等。
2024/1/28
设计目标
实现支撑轴承、传递载荷、保证轴的旋转精 度等功能。
估机械设计方案。
人工智能与机器学习
03
应用于机械设计领域，可实现自动化设计、优化设计和智能决
策等。
28
机械设计的发展趋势与挑战
要点一
智能化
要点二
绿色化
引入人工智能、大数据等技术，提高机械设计的智能化水平。
注重环保、节能、低碳等理念，推动机械设计向绿色化方向 发展。
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29
机械设计的发展趋势与挑战
重要性
03
04
05
机械设计是制造业的基 优秀的机械设计能够带 机械设计涉及到多个领
础，对于提高产品质量、 来更高的效率、更好的 域的知识，如力学、材
降低成本、增强竞争力 性能和更长的使用寿命。 料科学、热力学等，对
具有重要意义。
于培养综合型人才具有
机械设计基础课程(ppt 25页)实用资料
机械设计基础课程的作用
机械设计基础研究机械的共性问题。
它的任务是使学生掌握机构学和 机械动力学的基本理论、知识和 技能，并初步具有确定机械运动 方案、分析和设计的能力。它具 有增强学生对机械技术工作的适 应性，培养其开发创新能力的作 用。
闲话机械
1 机械的定义： ❖常见的机器是：
人为的实物组合；
本课程的作用
❖创新 ❖优化 ❖仿生
学习方法
理论与实际相结合，观察与分析
本学科的发展概况
❖历史悠久，仍在发展 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ德国：精确 ❖俄罗斯：实用 ❖美国：高新 ❖日本：精细，小巧 ❖中国：正飞速发展
本学科发展趋势
弹性、非线性、变量、随机、优化、CAD、微 小……
1、因为，大家看见你台上的风光、头顶的光环！没成功的时候，怎么解释都是错的，因为人们相信眼见为实！所以，你就埋头干吧，别把时间浪费在解释上。 2、大学新生活，人生转折点。播种新希望，规划新目标。一定要自信，遇事不示弱。一定要自律，成功靠自己。有得必有失，不后悔过去。把握住现在，不强 求未来。金子会发光，理想终实现。
九、不能养你一辈子，美，不能炫耀一辈子。最穷无非讨饭，谁的人生敢说十全十美，谁的生活不是酸甜苦辣，谁敢保证一直都是人生得志。人生不易，千万 不要笑话别人。十、也许你是不甘愿做一个普通人，你也是想让自己与众不同，也想让自己变得富甲一方，当你得到了你所有想要的一切，你会发现你又失去 了很多，人生就是如此有利便有弊。每天面对着衣食住行，柴米油盐酱醋茶，谁都是会有抱怨的时候。
零件→ 制造的单元 构件→ 运动的单元 零件→ 构件→机构 →机器
机器、机构统称为机 械
轴 键
齿轮
内燃机连杆
图1－1
1.小齿轮， 2.油底壳， 3.连杆， 4.曲轴， 5.轴承， 6.飞轮， 7.凸轮（2个）， 8.顶杆（2个）， 9.弹簧（2个）， 10.活塞， 11.汽缸体， 12.进气阀， 13.火花塞， 14.化油器， 15.进气管， 16.排气管， 17.排气阀
【清华课件-机械设计基础A(3)】第4章机械传动设计总论
三.机械传动的主要指标
3.外廓尺寸，质寸的 影响很大。
i=22=4
i=4
其它：维护，安全，环保
四.机械传动的运动和动力参数
1.传动比i：i
n主 n从
；
D1
iV
n电 n1
D2 ； D1
Z2
n2
i齿
n1 n2
Z2 ； Z1
i总 iV i齿
n1
D2
Z1
四.机械传动的运动和动力参数
2.效率
总 V齿轴3 承联工作
3.功率P
P出
Fv kw 1000
P入 P出 / 总
P齿 P入V
P2 P入V承齿
F D1 Z2
V
D2
Z1
四.机械传动的运动和动力参数
4.速度V
F D1 Z2
V dn (m / s)
1000 60
V
5.转矩T
T 9.55106 P (Nmm) n
D2
Z1
例题：
一.传动的重要性
辅助系统，例如：润滑、显示、照明等
原动机部分 传动部分 执行部分
控制系统
一.传动的重要性
1.调整速度：减速箱，变速器 2.改变运动形式：回转，摆动，直线运动 3.一原动机带多个执行机构 4.实现停歇，接合、分离、制动或反转 5.安全，维护，尺寸等需要
二.机械传动型式、特点分类
各类传动 特性对比：P108.109表4－2，4－3 机械传动分类： （P104，表4－1）
课代表
精45马林：51531533，25人 malinbiyang@ 热动41彭坤：51532090，16人 pengkun201@ 机械41： 巨云涛，51531459，19人 jyt10412@
机械设计基础 全套教学ppt课件 清华大学
机械设计基础
2)局部自由度
(1)、局部自由度：机构中个别构件不影 响其它构件运动，即对整个机构运动无 关的自由度。 (2)、处理办法：在计算自由度时，拿掉 这个局部自由度，即可将滚子与装滚子 的构件固接在一起。
机械设计基础
C 3 B A2 1
3 C
B A2 1
图1-17 局部自由度计算
n=3 Pl=3 Ph=1
机械设计基础
机械设计基础
图1-10 凸轮副的表示方法
1.2.2 平面机构运动简图的绘制
• 绘制机构运动简图的步骤：
• （1）分析机构的组成，观察相对运动关系， 了解其工作原理。
• （2）确定所有的构件（数目与形状）、运 动副（数目和类型）。
• （3）选择合理的位置，能充分反映机构的
特性。
•
（4）确定比例尺
（a）
机械设计基础
图1-12 机构的自由度
（b）
• 【例1-2】如图1-13所示，计算曲柄滑块机 构的自由度。
• 活动构件数n=3
• 低副数 • 高副数
PL 4
PH 0
F 3n 2PL PH 33 240
1
图1-13 曲柄滑块机构
机械设计基础
• 【例1-3】如图1-14所示，计算图示凸轮机 构的自由度。
机械设计基础
图1-5（a）开式运动链
• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成: • 机 架：固定不动的构件 • 原动件：输入运动的构件 • 从动件：其余的活动构件
机械设计基础
§1-2 平面机构的运动简图
目录
机械设计基础完整全套教学课件
成规定功能的能力。
经济性原则
在满足功能和可靠性要 求的前提下，尽量降低 制造成本和提高经济效
益。
创新性原则
鼓励采用新技术、新工 艺、新材料，提高产品 的技术含量和附加值。
机械设计的发展历程与趋势
传统设计阶段
依赖经验、试错法进行设计，缺乏 系统性。
现代设计阶段
引入计算机辅助设计（CAD）、有 限元分析等先进技术，实现设计过 程的数字化、自动化。
CAD技术概述
介绍CAD技术的发展历程、基本原理和常用软 件。
CAD建模技术
详细讲解CAD建模的方法、步骤和技巧，包括 二维图形绘制、三维实体建模、曲面造型等。
CAD在机械设计中的应用
通过实例展示CAD技术在机械设计中的应用，如零件设计、装配设计、工程图 绘制等。
有限元分析（FEA）技术
FEA技术概述
量、配合公差等。
传动零件设计
齿轮传动
01
包括圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗杆蜗轮等的设计，涉及齿轮类型、
模数、齿数、压力角等。
带传动
02
包括平带传动、V带传动等的设计，涉及带型、带宽、带轮直径
等。
链传动
03
包括滚子链传动、齿形链传动等的设计，涉及链条类型、节距、
链轮齿数等。
轴系零件设计
轴的设计
包括轴的类型、尺寸、公差、配合等 的设计，涉及轴的强度计算、刚度计 算等。
03
机械零件设计
连接零件设计
01
02
03
04
螺纹连接
包括螺栓、螺母、垫圈等的设 计，涉及螺纹类型、尺寸、公
差、拧紧力矩等。
键连接
包括平键、半圆键、楔键等的 设计，涉及键的类型、尺寸、
经济性原则
在满足功能和可靠性要 求的前提下，尽量降低 制造成本和提高经济效
益。
创新性原则
鼓励采用新技术、新工 艺、新材料，提高产品 的技术含量和附加值。
机械设计的发展历程与趋势
传统设计阶段
依赖经验、试错法进行设计，缺乏 系统性。
现代设计阶段
引入计算机辅助设计（CAD）、有 限元分析等先进技术，实现设计过 程的数字化、自动化。
CAD技术概述
介绍CAD技术的发展历程、基本原理和常用软 件。
CAD建模技术
详细讲解CAD建模的方法、步骤和技巧，包括 二维图形绘制、三维实体建模、曲面造型等。
CAD在机械设计中的应用
通过实例展示CAD技术在机械设计中的应用，如零件设计、装配设计、工程图 绘制等。
有限元分析（FEA）技术
FEA技术概述
量、配合公差等。
传动零件设计
齿轮传动
01
包括圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗杆蜗轮等的设计，涉及齿轮类型、
模数、齿数、压力角等。
带传动
02
包括平带传动、V带传动等的设计，涉及带型、带宽、带轮直径
等。
链传动
03
包括滚子链传动、齿形链传动等的设计，涉及链条类型、节距、
链轮齿数等。
轴系零件设计
轴的设计
包括轴的类型、尺寸、公差、配合等 的设计，涉及轴的强度计算、刚度计 算等。
03
机械零件设计
连接零件设计
01
02
03
04
螺纹连接
包括螺栓、螺母、垫圈等的设 计，涉及螺纹类型、尺寸、公
差、拧紧力矩等。
键连接
包括平键、半圆键、楔键等的 设计，涉及键的类型、尺寸、
【清华课件-机械设计基础A(3)】INTRODUCTIONTOORALPRESENTATIONS【英文版】
Delivery（讲演）
-Eye contact (with all) - If nervous, pick a “friendly” audience mbr（缓冲器） - “Presentation” voice - Speak to audience, vs screen - Project....will happen automatically if you look at back row（排） and not at projector（放映机） - Posture（姿态）, weight even on both feet, no slouching（懒散）, find a place for your hands, don’t wander（溜达）, don’t block projector（挡住投影仪） - Don’t read (unless very formal) - Practice, practice....especially to get the time right
➢The keys to good communication
1. An incentive （动机） Understand the purpose. Understand the audience:
What they know and what they don’t know. Audience motivation, patience level,
2. Temptation （引子） to give it all....in order. Important stuff at end.
3. If you have more than you can talk about, provide backup reading material.
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- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
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➢Spur Gear（直齿圆柱齿轮）
Tangential load 切向力ຫໍສະໝຸດ Ft12T1 d1
Ft 2
Radial load Fr1 Ft1 tg Fr2
径向力
Normal load 法向力
Fn1
Ft
cos
Fn2
Nominal Torsion
T1
9.55 106
P1 n1
Nmm
kW r/min
Question: How to Judge the Axial Load Direction Acting on the Helical Wheel?
Principles of left or right hand (Driving（主动） Gear)
Determine the helical direction of driver gear teeth
Loads in mesh （啮合）
Force in mesh Friction force Accessional（附加的） force
Hypothesis（假设）:
•Concentration force acting on the midpoint of tooth width
•Ignoring（忽略） friction force between meshing teeth
Lubricating condition
Soft skin of teeth 软齿面（350HBW） ——收敛性点蚀
pitting
Only can be found in the enclosed gear boxes
Hard skin of tooth 硬齿面（>350HBW） ——扩展性点蚀
scoring and scuffing（胶合）
High speed, Heavy load, or Low speed ,Heavy load
plastic deformation
abrasion（磨损），pitting（点蚀），scoring and scuffing （胶合），plastic deformation（塑性变形）
3）Major influence factors of gear failures
➢ fluctuated（变化的） stresses； ➢relative sliding velocity（速度） of mesh teeth； ➢Materials and their heating treatment; ➢lubricating condition
Direction of loads Fig6-10 p191
ω
Driver Gear (主动轮-1）
➢Helical Gear（斜齿轮）
Ft1 2T1 / d1 Ft2 Fr1 Ft1 tgn / cos Fr2
Fa1 Ft1tg Fa2
Fn Ft /(cosn cos )
b
3. Use the GB as the basis for completing the design of the gears.
Chapter 6 Gears
1.Loads exerted on gear teeth
2.Failures of gears and design rules
3.Bending stress in gear teeth
2.Failures of gears and design rules
Fatigue failure occurs only on or in gear teeth
1) Bulk（体积） or body of gear tooth----tooth breakage 2) skin-deep（表面） of gear tooth
Put out your “right” hand and hold the axes, then make sure four fingers except the thumb（大拇指） to the direction of the rotation.
At last, your thumb points the direction of the axial（轴向）force.
Chapter 6 Gears
Objects of this chapter
1. Compute the forces exerted on gear teeth as they rotate and transmit power.
2. Describe suitable metallic（金属的） materials from which to make the gears, in order to provide adequate（适当的、足够的） performance for both strength and pitting（点 蚀） resistance（抵抗力）.
1）Bulk（体积） or body of gear tooth----tooth breakage
tooth breakage
2)skin-deep（表面） of gear tooth
abrasion
Opening Gear Transmission----No lubrication is used Enclosed（被装入箱子的） Gear Transmission---using lubrication
TRY BY YOURSELF!!
➢Straight Bevel Gear（直齿锥齿轮）
Ft
2T1 dm1
Fr1 Fttg cos1 Fa2
Fa1 Fttg sin1 Fr2
Fn
Ft
cos
Direction of Axial Load: point to large transverse plane
4.Contact stress on gear teeth 5.Choice of spur gear parameters（参数） 6.Structure（结构） design of wheels and gears
lubrication
7.CAD in design of gear pair
1. Loads exerted on gear teeth