机械设计教案齿轮传动.docx

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机械设计教案齿轮传动

机

械

设

计

教

案

学科

机械设计

课

题

齿轮传动

班级

0712班

人数

45

授课时数

2课时

课型

新授课

周次

第十八周

授课时间

2008年6月20日星期五第三、四节

教

学

目

的

知识目标：

培养学生进行齿轮传动设计、查阅图表、运用公式的能力。

能力目标：

紧密结合课题，通过多媒体课件演示、讲解和齿轮实体演示，培养学生对事物的观察、分析、概括、总结的能力，养成独立思考、科学思维的方法。

德育目标：

培养学生严谨细致、独立思考、实事求是的科学态度和探索精神。

教学重点

了解齿轮传动的特点、分类。

掌握齿轮传动的主要失效形式及特点、失效部位、失效机理或减轻失效的措施，以及针对不同失效形式的设计准则，强度计算等。

掌握圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动的受力分析等。

教学难点

掌握齿轮传动的受力分析，失效形式，齿轮传动的计算准则，直齿圆柱齿轮传动的强度计算。

教具

多媒体板书

授课方式

研读教学法

教学环节

组织教学

复习引入

讲课

小结

布置作业

时间分配

1分钟

10分钟

70分钟

6分钟

3分钟

授课人

2008．5．16

审签

教案内容、方法及过程

课题分析

教学方法

一、组织教学

（约1）

二、引入复习

（约10）

讲授新课

第一课时：

老师提问

齿轮传动是最重要的机械传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s.本章主要介绍最常用的渐开线齿轮传动。

1、教师通过直观教学，利用多媒体技术演示齿轮实体、齿轮传动原理过程，激发学生探求新知识的兴趣和动机，为突破重点提供了良好的情境。

2、考虑学生的认知特点，引导学生仔细观察，激励学生积极思考，教师在适当的时候作点拨、启发、归纳、概括。

这样，即有利于学生主动构建新知识，又有利于学生创新意识的培养。

1、检查学生课前准备情况。

2、检查学生的出勤情况。

上一节我们已经学习了齿轮传动的概述，针对其重点知识做一些回顾和提问。

今天我们将学习下一节齿轮传动。

这一部分内容很重要，在机械设计中占有重要的地位。

希望同学门认真学习、做好课堂笔记。

§10.2.1齿轮传动

首先让我们复习一下上节课的内容，上一节我们学习了齿轮传动的概述、分类及其特点。

1、齿轮传动分类：

按传动轴相对位置：

平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动、

学生回答

老师提问

学生回答

引入新课题内容

三、新课教学

交错轴齿轮传动。

按齿形：

渐开线、摆线、圆弧线等。

按轮齿的布置方式：

直齿、斜齿、人字齿、曲齿等。

按工作条件：

开式、半开式、闭式。

按齿面硬度：

硬齿面齿轮、软齿面齿轮。

2、齿轮传动的特点：

优点：

（1）传动效率高；

（2）传动功率大（3）传动比恒定（4）传动速度范围大（5）适用于窨任意两轴间传动（6）结构紧凑（7）工作可靠寿命长

缺点：

（1）制造、安装精度要求高

（2）使用、维护费用高（3）不适于中心距较大的轴间传动（4）无过载保护（5）精度低时噪音、振动较大。

一般地说，齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，而轮齿的失效形式又是多种多样的，这里只就较为常见的轮齿折断和工作齿面磨损、点蚀、胶合及塑性变形等略做介绍，其余的轮齿失效形式请参看有关标准。

§3．１齿轮传动的失效形式分析与计算准则

轮齿的失效分为两大类：

齿体失效和齿面失效。

齿轮传动的失效主要是轮齿的失效

一、轮齿折断——发生在齿根危险剖面受拉应力一侧

轮齿折断产生原因：

老师讲解

展示：

齿根折断形成机理动画以及实例照片.

学生讨论

老师引导学生总结

①弯曲疲劳折断：

工作中，轮齿多次受交变载荷作用。

②过载折断：

工作中，轮齿受到短时过载、冲击载荷或

严重磨损而减薄，都会发生过载折断。

折断形式：

①齿跟整体折断：

齿宽较小的直齿；

②局部折断：

斜齿和偏载时。

如何提高轮齿折断能力的措施？

增大齿根过度圆角、降低表面粗糙度、减小应力集中、表面强度处理（喷丸、滚压）、减轻加工损伤等。

为了避免在预期工作寿命内出现齿根弯曲疲劳折断，应该使轮齿满足齿根弯曲疲劳强度计算准则，即

课件展示

齿面点蚀形成机理动画以及实例照片.

学生讨论

老师引导学生总结

课件展示

老师设问

学生回答

二、齿面点蚀

润滑良好的闭式软齿面（HB≤350）齿轮传动常见的失效形式。

循环变化的接触应力反复作用，齿面产生疲劳裂纹。

润滑油渗入其中促使裂纹扩张及蔓延，金属小块剥落，出现麻点状剥蚀现象

通常发生在齿根表面的节线附近。

闭式硬齿面（HB＞350）齿轮传动一般不容易出现点蚀。

开式齿轮传动，磨损较快，点蚀还来不及形成。

产生原因：

①单对齿啮合接触应力较大；

②靠近节线处的齿根面上，相对滑动速度较低，不易形成润滑油膜，接触强度低。

如何提高齿面点蚀能力的措施？

提高齿面硬度、选用较高粘度的润滑油、提高精度（加工、安装）、降低表面粗糙度等。

为避免在预期使用寿命内发生齿面点蚀，设计时应该满足齿面接触疲劳强度计算准则，即

三、齿面磨损

•由于硬的屑粒进入摩擦面间所引起的磨粒磨损；

•表面互相滑动摩擦而引起的研磨磨损。

•磨损使齿面失去正确的齿形，严重磨损使轮齿过薄折断。

•在开式齿轮传动中，齿面磨损是主要失效形式。

在闭式齿轮传动中，如果润滑油混有金属屑，也将引起齿面磨损。

老师设问

学生回答

第二课时

齿面点蚀是开式齿轮传动还是闭式齿轮传动的主要失效形式？

齿面点蚀是开式齿轮传动的主要失效形式。

四、齿面胶合

在重载下运行，齿轮表面常常因为温度过高，使两齿面的金属发生局部焊接，后又因为相对滑动而被撕裂下来，使齿面呈现条状型的粗糙沟痕。

这种现象称为胶合。

高速重载条件下工作的齿轮，由于其相对滑动速度大，导致齿体温升过高，使润滑油膜破裂而产生的胶合称热胶合。

低速重载条件下工作的齿轮，齿体温度不高，但由于齿面应力过大、相对滑动速度小而不易形成润滑油膜，使接触处产生局部高温而发生的胶合，称为冷胶合。

为防止齿面胶合，设计中应满足齿面工作温度的抗胶合计算准则。

具体方法参考相关资料。

计算准则

闭式齿轮传动，主要失效形式是点蚀、弯曲疲劳折断和胶合。

对软齿面齿轮，先按接触疲劳强度（防止点蚀）求出各参数，再校核弯曲疲劳强度（防止弯曲疲劳折断）；

对硬齿面齿轮，先按弯曲疲劳强度（防止弯曲疲劳折断）求出各参数，再校核接触疲劳强度（防止点蚀）；当有短时过载时，还应进行静强度计算；高速大功率齿轮传动，还应进行胶合计算。

板书设计

分析各个力的大小几及关系

判断力的方向

§10.2.2齿轮传动受力分析

一、直齿圆柱齿轮的受力分析（标准齿轮）

忽略所有摩擦力，将沿齿宽分布的载荷合成为集中力，作用在齿宽中部。

两齿轮表面相互作用着一对法向力,它们的方向垂直齿面。

通常将法向力分解为相互垂直的两个分力：

与分度圆相切的切向力和沿齿轮半径方向的径向力。

受力分析简图（见课本）

主动齿轮受力计算公式：

从动齿轮受力计算公式：

各分力之间的关系：

圆周力：

主动轮与主动轮的回转方向相反，从动轮与从动轮的回转方向相同。

径向力：

指向各自的轮心。

二、斜齿圆柱齿轮的受力分析（标准齿轮）

忽略所有摩擦力，将沿齿宽分布的载荷合成为集中力，作用在齿宽中部。

两齿轮表面相互作用着一对法向力,

分析各个力的大小几及关系

判断力的方向

小结

它们方向垂直齿面。

通常将法向力分解为相互垂直的三个分力：

位于端面内与分度圆相切的切向力、沿齿轮半径方向的径向力和平行于轴线方向的轴向力。

主动齿轮受力计算公式：

从动齿轮受力计算公式：

各分力之间的关系：

圆周力：

主动轮与主动轮的回转方向相反，从动轮与从动轮的回转方向相同。

径向力：

指向各自的轮心。

轴向力：

根据左右手定则确定、从动齿轮的轴向力根据各个分力之间的关系确定。

在不同的载荷和工作条件下，齿轮传动可能出现不同的失效形式。

对不同失效形式的齿轮传动应该有不同的设计依据和计算方法。

作业

目前比较成熟和常用的是齿面接触疲劳强度计算准则和齿根弯曲疲劳强度计算准则。

课本练习题

10-110-2

受力分析练习题

齿轮传动中，轮1为主动轮，试根据已知条件对各齿轮进行受力分析，以使中间轴所受合力最小。

判断各轴转向及螺旋线方向。