中职高二工信版机械设计基础电子教案模块七齿轮传动

教学目标 知识目标：理解齿轮传动失效形式和设计准则；了解误差对传动的影响和齿轮精度的选择；掌握直齿圆柱齿轮传动的强度计算和设计步骤；了解斜齿圆柱齿轮、直齿圆锥齿轮传动的设计；认识齿轮的结构与齿轮传动的润滑。 能力目标：能够根据齿轮传动应用的场合，选择齿轮的材料和齿轮精度；能够设计简单的齿轮传动，并采取措施避免齿轮传动的失效；能够根据需要选择适当的齿轮结构与润滑形式。 素质目标：沟通、协作能力；观察、信息收集能力；分析总结能力。良好的职业道德和严谨的工作作风 教学重点 齿轮结构的选择 教学难点 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 教学手段 理实一体 实物讲解 小组讨论、协作 教学学时 8 教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释 模块七 齿轮传动 〖相关知识〗 学习情境一 齿轮传动的失效形式与齿轮的材料 一、齿轮传动的失效形式 1.轮齿折断 当交变的齿根弯曲应力超过材料的弯曲疲劳极限应力时，在齿根处受拉一侧就会产生疲劳裂纹，随着裂纹的逐渐扩展，从而导致齿轮一个或多个齿的整体或局部的折断，这种现象称为轮齿折断。 为防止轮齿折断，首先应对轮齿进行抗弯疲劳强度计算，使齿轮必须具有足够的模数；其次采用增大齿根过渡圆角半径、降低表面粗糙度、进行齿面强化处理(如喷丸)、减轻加工过程中的损伤等工艺措施，提高轮齿抗疲劳折断的能力；再次应尽可能消除载荷分布不均匀的现象，有效避免轮齿的局部折断。 2.齿面点蚀 齿面的疲劳点蚀一般首先出现在靠近节线处的齿根表面上，然后再向其他部位蔓延和扩展。为防止齿面过早点蚀，可采用提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、使用黏度较高的润滑油等措施。 3.齿面磨损 轮齿在啮合过程中存在相对滑动，致使齿面间产生摩擦、磨损。当金属微粒、砂粒、灰尘等硬质磨粒进入轮齿间时引起磨粒磨损。齿面磨损使渐开线齿廓被破坏，齿厚减薄，致使齿侧间隙增大而引起冲击和振动，而且还会因齿厚减薄使强度降低而导致轮齿折断。 4.齿面胶合 在高速、重载齿轮传动中(如航空齿轮传动)，由于齿面间压力大、相对滑动速度大、摩擦发热多，使啮合点处瞬时温度过高，润滑失效，致使相啮合两齿面金属尖峰直接接触并相互黏连在一起，当两齿面相对运动时，黏连的地方即被撕开，在齿面上沿相对滑动方向形成条状伤痕，这种现象称为齿面胶合。 5.塑性变形 齿面塑性变形使齿形被破坏，直接影响齿轮的正常啮合。为防止齿面的塑性变形，可采用提高齿面硬度、选用黏度较高的润滑油等措施。 二、齿轮的设计准则 齿轮的设计准则主要有强度、刚度、耐磨性和稳定性准则等。 齿轮按工作条件分为闭式齿轮传动和开式齿轮传动。 三、齿轮的材料与热处理 齿轮的常用材料是锻钢，如各种碳素结构钢和合金结构钢。只有当齿轮的尺寸较大(da＞400 mm)或结构复杂不容易锻造时，才采用铸钢。在一些低速、轻载的开式齿轮传动中，常采用铸铁齿轮。在高速、小功率、精度要求不高或需要低噪声的特殊齿轮传动中，可以采用非金属材料齿轮。 1.软齿面齿轮 对于软齿面齿轮，常用的齿轮材料有35、45、35SiMn、40Cr等，其热处理方法为调质或正火处理。 2.硬齿面齿轮 对于硬齿面齿轮，通常是在调质后切齿，然后进行表面硬化处理。有的齿轮在表面硬化处理后还要进行精加工(如磨齿、剃齿等)，故调质后的切齿应留有适当的加工余量。 学习情境二 齿轮传动的精度 1、 误差对传动的影响 （1）相啮合齿轮在一转范围内实际转角与理论转角不一致，即影响传动的准确性。 （2）瞬时传动比不能保持恒定不变，齿轮在一转范围内会出现多次重复的转速波动，特别在高速传动中将引起振动、冲击和噪声，即影响传动的平稳性。 （3）齿向误差能使齿轮上的载荷分布不均匀，当传递较大转矩时，易引起早期损坏，即影响载荷分布的均匀性。 二、齿轮精度等级的选择 按国家标准规定，齿轮和齿轮副分为12个精度等级，从1～12级精度依次降低。其中1、2级是为发展前景而规定的，目前加工工艺水平还难以达到；3～5级属于高精度，6～8级属于中精度，9～12级属于低精度。两个齿轮的精度等级一般是相同的，也允许采用不同等级。 学习情境三 直齿圆柱齿轮传动 一、直齿圆柱齿轮传动的受力分析 图7-7 直齿圆柱齿轮的受力分析 2、 轮齿的计算载荷 齿轮所受的法向力计算公式为 Fc=KFn（7-4） 式中， Fc为计算载荷（N）； K为载荷系数，由表7-5查取。 三、直齿圆柱齿轮传动的强度计算 1.齿面接触疲劳强度 齿面接触疲劳强度计算的目的是防止齿面发生疲劳点蚀。齿面疲劳点蚀与齿面接触应力的大小有关，如前所述，齿面的疲劳点蚀一般发生在齿根表面靠近节线处。因此，通常以节点处的接触应力作为计算的依据。防止齿面点蚀的强度条件为节点处的计算接