《機械基礎(chǔ)（第2版）》 第12課 齒輪傳動

課題機械傳動裝置（三）——齒輪傳動課時2課時（90min）教學(xué)目標知識技能目標：（1）掌握齒輪傳動的基本參數(shù)和工作原理（2）了解齒輪的結(jié)構(gòu)形式和材料（3）掌握齒輪傳動的維護（4）能夠計算齒輪傳動的基本參數(shù)思政育人目標：（1）養(yǎng)成實事求是的科學(xué)精神和求真務(wù)實的辯證思維（2）提升遵守標準規(guī)范的職業(yè)意識和學(xué)以致用的職業(yè)素養(yǎng)教學(xué)重難點教學(xué)重點：齒輪傳動的工作原理；齒輪的結(jié)構(gòu)形式和材料；計算齒輪傳動的基本參數(shù)；教學(xué)難點：計算齒輪傳動的基本參數(shù)教學(xué)方法案例分析法、問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計第1節(jié)課：→→傳授新知（13min）→例題講解（10min）→課堂訓(xùn)練（10min）→傳授新知（5min）第2節(jié)課：傳授新知（25min）→任務(wù)實施（15min）→課堂小結(jié)（3min）→作業(yè)布置（2min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計意圖第一節(jié)課課前任務(wù)【教師】布置課前任務(wù)，和學(xué)生負責人取得聯(lián)系，組織學(xué)生下載“任務(wù)工單4.2”，并根據(jù)任務(wù)工單進行組內(nèi)分工。同時，提醒同學(xué)通過文旌課堂APP或其他學(xué)習軟件預(yù)習本節(jié)課知識，了解齒輪傳動的類型、特點及應(yīng)用，齒輪傳動的基本參數(shù)，齒輪傳動的維護等，并思考以下問題：（1）齒輪傳動的類型有哪些？請舉例說明，并簡述其特點及應(yīng)用。（2）漸開線齒輪的工作原理是什么？漸開線齒輪的基本參數(shù)有哪些？并簡述其計算方法。（3）斜齒圓柱齒輪傳動的特點是什么？斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)有哪些？并簡述其計算方法。（4）直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)有哪些？并簡述其計算方法。（5）齒輪傳動的失效形式有哪些？請舉例說明，并簡述其預(yù)防措施。（6）齒輪的潤滑方式有哪些？請舉例說明，并簡述其特點及應(yīng)用?！緦W(xué)生】完成課前任務(wù)通過課前任務(wù)，使學(xué)生了解所學(xué)課程的重要性，增加學(xué)生的學(xué)習興趣考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀律性，掌握學(xué)生的出勤情況問題導(dǎo)入（5min）【教師】提出以下問題：上節(jié)課我們學(xué)習了鏈傳動，知道了鏈傳動的特點，我們先來回顧一下?！緦W(xué)生】思考、舉手回答【教師】總結(jié)學(xué)生回答，引入新的課題：鏈傳動的特點是傳動效率高，能保證平均傳動比恒定，適用于中心距較大的場合并能在同一平面內(nèi)傳遞運動和動力。那么我們來想一下有沒有一種機械傳動是在不同平面內(nèi)傳遞運動和動力的呢？今天我們就來學(xué)習這樣的傳動。通過問題導(dǎo)入的方法，引導(dǎo)學(xué)生主動思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣

傳授新知

（13min）一．齒輪傳動的類型、特點及應(yīng)用【教師】新知講解1．齒輪的類型根據(jù)齒輪軸線位置的不同，齒輪傳動可分為平行軸齒輪傳動、相交軸齒輪傳動和交錯軸齒輪傳動。（1）平行軸齒輪傳動直齒圓柱齒輪傳動：齒輪的齒向與齒輪軸線方向相同，如圖所示?！径嗝襟w教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“直齒圓柱齒輪傳動”，觀看微課視頻，了解直齒圓柱齒輪傳動的特點?【學(xué)生】掃碼觀看、思考斜齒圓柱齒輪傳動：齒輪的齒向與齒輪軸線方向傾斜了一個角度，如圖所示。【多媒體教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“斜齒圓柱齒輪傳動”，觀看微課視頻，了解斜齒圓柱齒輪傳動的特點?【學(xué)生】掃碼觀看、思考人字形圓柱齒輪傳動：它可看作由兩個輪齒齒向傾斜方向相反的斜齒圓柱齒輪組合而成，如圖所示。【多媒體教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“人字形圓柱齒輪傳動”，觀看微課視頻，了解人字形圓柱齒輪傳動的特點?【學(xué)生】掃碼觀看、思考（2）相交軸齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動：如圖所示?！径嗝襟w教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“直齒圓錐齒輪傳動”，觀看微課視頻，了解直齒圓錐齒輪傳動的特點?【學(xué)生】掃碼觀看、思考斜齒圓錐齒輪傳動：如圖所示?！径嗝襟w教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“斜齒圓錐齒輪傳動”，觀看微課視頻，了解斜齒圓錐齒輪傳動的特點?【學(xué)生】掃碼觀看、思考（3）交錯軸齒輪傳動交錯軸斜齒輪傳動：如圖所示?！径嗝襟w教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“交錯軸斜齒輪傳動”，觀看微課視頻，了解交錯軸斜齒輪傳動的特點?【學(xué)生】掃碼觀看、思考蝸桿傳動：如圖所示?！径嗝襟w教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“蝸桿傳動”，觀看微課視頻，了解蝸桿傳動的特點?【學(xué)生】掃碼觀看、思考【課堂互動】?【教師】提出問題讓學(xué)生思考、討論，并隨機抽取學(xué)生回答根據(jù)工作條件的不同，齒輪傳動裝置還可分為開始、半開式和閉式三種。請同學(xué)們思考，上述不同的方式的齒輪傳動裝置都有哪些特點及應(yīng)用場合？?【學(xué)生】聆聽、思考、討論、回答?【教師】總結(jié)學(xué)生回答開式齒輪傳動裝置沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外，外界雜物容易侵入且潤滑不良，多用于低速、非重要傳動場合；半開式齒輪傳動裝置有簡單的防護裝置，但不能嚴格防止外界雜物的侵入，潤滑條件一般，多用于農(nóng)業(yè)機械、建筑機械及簡單機械；閉式齒輪傳動裝置的齒輪經(jīng)過精密加工，安裝于密閉的箱體內(nèi)，潤滑條件良好，多用于汽車、機床等高速、精密和重要的傳動場合。2．齒輪傳動的特點及應(yīng)用優(yōu)點：①傳動比準確，工作可靠；②傳動效率高，使用壽命長；③結(jié)構(gòu)緊湊，所占空間位置小，可在空間任意兩軸之間傳遞運動和動力；④傳遞的功率、速度和尺寸范圍大。缺點：①制造齒輪需要專用設(shè)備，制造成本較高；②安裝精度要求較高，否則會出現(xiàn)較大的振動和噪聲；③不適用于兩軸中心距較大的傳動。應(yīng)用：齒輪傳動廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、船舶、機床、起重機械、礦山機械、輕工機械和儀器儀表等行業(yè)，是應(yīng)用最為廣泛的機械傳動之一。【學(xué)生】聆聽、思考、理解二．漸開線齒輪【教師】新知講解【多媒體教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“漸開線齒廓的形成”，觀看微課視頻，學(xué)習漸開線齒廓的形成?【學(xué)生】掃碼觀看、思考1．漸開線齒廓的形成和性質(zhì)如圖4-25（a）所示，當一直線BK沿圓周從位置Ⅰ做純滾動到位置Ⅱ時，直線上任一點K的軌跡形成一條曲線AK，則曲線AK稱為該圓的漸開線，該圓稱為漸開線的基圓，直線BK稱為漸開線的發(fā)生線。漸開線齒輪的輪齒就是由以同一基圓形成的兩條反向漸開線組成的，如圖4-25（b）所示。（a）漸開線的形成（b）漸開線齒廓（c）漸開線形狀與基圓半徑的關(guān)系性質(zhì)：（1）發(fā)生線上沿基圓滾過的線段長度等于基圓上被滾過的相應(yīng)弧長，即。（2）發(fā)生線BK即為漸開線在K點的法線。由于發(fā)生線恒切于基圓，因此漸開線上任意點的法線必恒切于基圓。（3）漸開線齒廓上K點的法線方向與該點速度方向所夾的銳角稱為該點的壓力角，用表示，則有。由此可見，齒廓上各點的壓力角是變化的，K點離基圓圓心越遠，壓力角越大。（4）發(fā)生線與基圓的切點B也是漸開線在K點處的曲率中心，線段BK即是漸開線在K點處的曲率半徑。因此，漸開線上越接近基圓的部分曲率半徑越小，在基圓上其曲率半徑為零。（5）漸開線的形狀取決于基圓半徑的大小。如圖4-25（c）所示，基圓半徑越小，漸開線越彎曲；基圓半徑越大，漸開線越平直。當基圓半徑趨于無窮大時，漸開線將成為一條直線。（6）基圓內(nèi)無漸開線。【學(xué)生】聆聽、思考、理解【教師】黑板上畫出“漸開線齒輪的幾何尺寸”圖形，使學(xué)生對漸開線齒輪各部分的名稱認識更直觀，切入新知講解2．漸開線齒輪的幾何尺寸圖4-26漸開線齒輪的幾何尺寸（1）齒寬：輪齒沿齒輪軸線方向的寬度稱為齒寬，用b表示。（2）齒厚：在齒輪任意圓周上，一個輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長稱為該圓上的齒厚，用表示；（3）齒槽寬：一個齒槽兩側(cè)齒廓間的弧長稱為該圓上的齒槽寬，用表示；（4）齒距：相鄰兩齒同側(cè)齒廓之間的弧長稱為該圓上的齒距，用表示。（5）齒頂圓：過齒輪各齒頂所作的圓稱為齒頂圓，其半徑用表示。（6）齒根圓：過齒輪各齒槽底部所作的圓稱為齒根圓，其半徑用表示。（7）分度圓：為了便于計算齒輪各部分的尺寸，在齒輪上選擇一個圓作為尺寸計算基準，這個圓稱為分度圓，其半徑、齒厚﹑齒槽寬和齒距分別以r、s、e和p表示。其中齒距、齒厚和齒槽寬之間的關(guān)系為p=s+e（8）齒頂高：輪齒上介于齒頂圓與分度圓之間的部分稱為齒頂，其徑向高度稱為齒頂高，用表示；（9）齒根高：介于分度圓與齒根圓之間的部分稱為齒根，其徑向高度稱為齒根高，用表示；（10）齒全高：輪齒在齒頂圓和齒根圓之間的徑向高度稱為齒全高，用符號h表示。齒全高與齒根高、齒頂高之間的關(guān)系為【學(xué)生】聆聽、思考、理解【教師】新知講解3．漸開線齒輪的基本參數(shù)（1）齒數(shù)：齒輪圓周上輪齒的總數(shù)量稱為齒數(shù)，用z表示。（2）模數(shù)：齒輪分度圓的周長等于齒數(shù)z與齒距p的乘積，則分度圓的直徑為，工程中，為了便于齒輪的設(shè)計、計算、制造和檢驗等，通常將規(guī)定為標準值，稱為齒輪的模數(shù)，用m表示，即。齒數(shù)相同的齒輪，模數(shù)m越大，齒距越大，輪齒也越大，齒輪的承載能力也就越強。（3）壓力角：壓力角是指漸開線齒廓在分度圓上的壓力角，用表示，GB/T1356—2001中規(guī)定分度圓上的壓力角為標準值，。（4）齒頂高系數(shù)：齒頂高與模數(shù)m比值稱為齒頂高系數(shù)，用符號表示。（5）頂隙系數(shù)：一對齒輪嚙合時，一個齒輪的齒頂與另一個齒輪的齒根之間沿半徑方向的間隙稱為頂隙，用c表示。頂隙與模數(shù)之間的比值稱為頂隙系數(shù)，用符號表示。4．漸開線標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸的計算當齒輪的模數(shù)m、壓力角、齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)都取標準值，且分度圓上的齒厚s與齒槽寬e相等時，該齒輪稱為標準齒輪。對于標準齒輪，有（4-9）漸開線標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算公式如表所示。名稱符號計算公式模數(shù)m計算后從表4-3中選取壓力角齒頂高系數(shù)正常齒取1.0頂隙系數(shù)正常齒取0.25分度圓直徑d齒頂圓直徑齒頂高齒根高齒全高h齒距p齒厚s齒槽寬e標準中心距a【學(xué)生】聆聽、思考、理解通過教師講解、課堂互動、舉例分析等教學(xué)方式，幫助學(xué)生掌握齒輪傳動的類型、特點及應(yīng)用，漸開線齒廓的形成和性質(zhì)，漸開線齒輪的幾何尺寸和基本參數(shù)，漸開線便準直齒圓柱齒輪幾何尺寸的計算等相關(guān)知識例題講解（10min）【教師】講解以下例題【例4-1】已知減速器中一對標準直齒圓柱齒輪，其參數(shù)為，，，，，，試計算其分度圓、齒頂圓、齒根圓直徑，分度圓齒厚、齒槽寬和中心距?！窘狻坑嬎氵^程及結(jié)果如表所示。計算項目計算過程計算結(jié)果分度圓直徑齒頂圓直徑齒根圓直徑齒厚和齒槽寬中心距【學(xué)生】聆聽、思考、理解通過例題講解，加深學(xué)生對知識的理解，幫助學(xué)生強化知識點的記憶課堂訓(xùn)練（10min）【教師】PPT展示以下例題，要求學(xué)生進行課堂練習，并請一位同學(xué)在黑板上演算，最后教師講解。（1）已知一標準直齒圓柱齒輪，模數(shù)m=4mm，齒數(shù)外嚙合標準直徑z=40，試求各部分尺寸？圓柱齒輪的幾何尺寸的計算公式。（2）已知一標準直齒圓柱齒輪，齒數(shù)z=30，齒根圓習，直徑df等于192.5㎜。試求齒距p、齒頂圓直徑da、分度圓直徑d和齒高h？【學(xué)生】聆聽、思考、演算【教師】公布正確答案，并進行分析通過課堂練習，檢查學(xué)生掌握知識的情況，加深學(xué)生對計算公式的理解和靈活運用。

傳授新知

（5min）【教師】新知講解5．漸開線齒輪的嚙合傳動（1）漸開線齒輪正確嚙合條件兩齒輪的模數(shù)和壓力角分別相等，即，（2）漸開線齒輪的傳動比漸開線齒輪傳動的傳動比。（3）漸開線齒輪傳動的中心距標準安裝時齒輪的中心距稱為標準中心距，其大小為（4）漸開線齒輪連續(xù)傳動的條件齒輪傳動通常用重合度來描述任意瞬間處于嚙合狀態(tài)的輪齒對數(shù)，其符號為。重合度越大，表示同時參與嚙合的齒數(shù)越多，則傳動越平穩(wěn)。漸開線齒輪連續(xù)傳動的條件為重合度?！緦W(xué)生】聆聽、思考、理解通過教師講解、課堂互動、舉例分析等教學(xué)方式，幫助學(xué)生掌握漸開線齒輪的嚙合傳動等相關(guān)知識第二節(jié)課

傳授新知（25min）三、斜齒圓柱齒輪傳動【多媒體教學(xué)】?【教師】要求學(xué)生通過“文旌課堂”APP掃描二維碼“斜齒圓柱齒輪傳動的特點”，觀看微課視頻，學(xué)習斜齒圓柱齒輪傳動的特點?【學(xué)生】觀看、思考【教師】新知講解1．斜齒圓柱齒輪傳動的特點斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成方法與直齒輪相同，但由于斜齒圓柱齒輪的齒向與齒輪軸線不平行，因此生成的齒廓曲面與基圓柱的交線是一條螺旋曲線，如圖4-29（b）所示。（a）直齒圓柱齒輪的齒廓曲面（b）斜齒圓柱齒輪的齒廓曲面由于斜齒圓柱齒輪存在螺旋角，其嚙合傳動的齒面接觸線與直齒圓柱齒輪傳動不同：直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸線是等長的，如圖4-30（a）所示；斜齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸線不是等長的，而是由短變長，又由長變短，如圖4-30（b）所示。這表明工作時斜齒圓柱齒輪的輪齒承受的載荷逐漸增大后再逐漸減小，因此斜齒圓柱齒輪傳動承載能力強、傳動平穩(wěn)、沖擊及工作噪聲小，適用于大功率、高速齒輪傳動。（a）直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸線（b）斜齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸線【學(xué)生】聆聽、思考、理解【教師】新知講解2．斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)1）螺旋角斜直線與齒輪軸線所夾的銳角稱為螺旋角，用表示，它的大小表示輪齒的傾斜程度。一般情況下，值越大，傳動的平穩(wěn)性越高，但傳動時產(chǎn)生的軸向力也越大，故螺旋角不能過大，一般取。旋向判別方法：將齒輪軸線垂直放置，輪齒自左至右上升者為右旋，反之為左旋。2）模數(shù)斜齒圓柱齒輪的模數(shù)分為端面模數(shù)和法面模數(shù)。如圖4-31所示，根據(jù)幾何關(guān)系可知，端面齒距與法面齒距之間存在關(guān)系：，由此可知3）壓力角斜齒圓柱齒輪的分度圓在端面內(nèi)的壓力角稱為端面壓力角，用表示；在法面內(nèi)的壓力角稱為法面壓力角，用表示。根據(jù)幾何關(guān)系推導(dǎo)可得4）齒頂高系數(shù)和頂隙系數(shù)斜齒圓柱齒輪的端面、法面齒頂高系數(shù)，端面、法面頂隙系數(shù)之間的關(guān)系分別為【學(xué)生】聆聽、思考、理解【教師】新知講解3．標準斜齒圓柱齒輪幾何尺寸的計算幾何尺寸符號計算公式分度圓直徑d齒頂圓直徑齒根圓直徑齒頂高齒根高全齒高h頂隙c標準中心距a【學(xué)生】聆聽、思考、理解四、直齒圓錐齒輪傳動【教師】新知講解1．直齒圓錐齒輪的基本參數(shù)直齒圓錐齒輪的嚙合過程可看作是兩個錐頂共點的圓錐體做相對純滾動，而輪齒均勻分布在圓錐體的表面上，如圖所示。與直齒圓柱齒輪相對應(yīng)，直齒圓錐齒輪中有分度圓錐面、齒頂圓錐面和齒根圓錐面等。1）模數(shù)直齒圓錐齒輪的模數(shù)m同樣已由國家標準規(guī)定，一般根據(jù)齒輪強度和結(jié)構(gòu)的要求進行選取。2）分度圓錐角直齒圓錐齒輪軸線與分度圓錐面所夾的銳角稱為分度圓錐角，用表示，如圖

4-34所示。3）軸交角相互嚙合時兩直齒圓錐齒輪軸線之間的夾角稱為軸交角，用表示。一般機械中，通常采用90°軸交角的直齒圓錐齒輪傳動，即。4）壓力角、齒頂高系數(shù)及頂隙系數(shù)國家標準規(guī)定，標準直齒圓錐齒輪的壓力角，正常齒的齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)。【學(xué)生】聆聽、思考、理解【教師】新知講解2．直齒圓錐齒輪幾何尺寸的計算幾何尺寸符號計算公式大端模數(shù)m根據(jù)國家標準選取傳動比

和錐角i、、齒頂高齒根高齒全高h分度圓直徑、齒根圓直徑、齒頂圓直徑、齒寬b根據(jù)齒輪強度或結(jié)構(gòu)要求確定【學(xué)生】聆聽、思考、理解五、齒輪的結(jié)構(gòu)形式與材料【教師】新知講解1．齒輪的結(jié)構(gòu)形式一般都由輪緣、輪輻和輪轂等組成。齒輪常見的結(jié)構(gòu)形式有齒輪軸、實心式、腹板式和輪輻式，它們的特點及適用范圍（詳見教材表4-8）?！緦W(xué)生】聆聽、思考、理解【教師】新知講解2．齒輪的材料齒輪的材料應(yīng)滿足以下要求：①齒面具有較高的硬度，以抵抗齒面的磨損、膠合及塑性變形；②齒心部位具有足夠的韌性，以抵抗沖擊載荷；③具有良好的加工工藝性，以獲得良好的表面質(zhì)量和加工精度。齒輪常用的材料有鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵以及非金屬材料等。為提高齒輪材料的力學(xué)性能，還需要對齒輪進行適當?shù)臒崽幚怼?）鍛鋼鍛鋼具有強度高、韌性好、便于制造等特點，還可通過多種熱處理方法來改善力學(xué)性能，因此大多數(shù)齒輪都采用鍛鋼制造。軟齒面齒輪：常用的材料有中碳鋼（如45鋼、40鋼等）和合金調(diào)質(zhì)鋼（如40Cr、35SiMn等）。這類齒輪制造工藝簡單、成本低廉，廣泛應(yīng)用于一般的機械傳動。硬齒面齒輪：常用的材料有合金滲碳鋼（如20Cr、20CrMnTi等）和合金調(diào)質(zhì)鋼（如40Cr、35SiMn等）。這類齒輪制造工藝復(fù)雜、成本較高，常用于精密、高速、重載的機械傳動。2）鑄鋼對于直徑大于400mm、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且受力較大的齒輪，可采用ZG270-500、ZG340-640等鑄鋼材料。鑄鋼制造的齒輪內(nèi)應(yīng)力較大，在精加工前需要進行正火或回火熱處理。3）鑄鐵鑄鐵齒輪常用的材料有HT200、QT600-3等，其內(nèi)部的石墨具有自潤滑作用，但抗彎強度和抗沖擊能力較差，常用于低速輕載、沖擊小和不重要的齒輪傳動。4）非金屬材料對于高速、輕載及精度不高的齒輪傳動，為了減少噪聲，常用塑料、尼龍、夾布膠木等非金屬材料制造?！緦W(xué)生】聆聽、思考、理解六、齒輪的傳動維護【教師】新知講解1．齒輪的失效形式齒輪在工作時，其輪齒既要承受法向的壓力，又要承受切向的摩擦力，因此齒輪的失效主要是指輪齒的失效。常見的齒輪失效形式有輪齒折斷和齒面損傷，其中齒面損傷又可分為齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合和齒面塑性變形等?！緦W(xué)生】聆聽、思考、理解【課堂互動】?【教師】提出問題讓學(xué)生思考、討論，并隨機抽取學(xué)生回答齒輪傳動的失效形式有哪些？這些失效形式有何區(qū)別？