14-齿轮的结构和工作图（教案）-《机械基础》同步教学（理工教育）

章节名称 齿轮的结构和工作图 授课形式 讲授 课时 1 班级 电气、机电 教学目的 了解齿轮结构形式及选择方法 教学重点 了解齿轮结构形式及选择方法 教学难点 如何选择齿轮结构形式 辅助手段 多媒体 课外作业 教学进程及说明 ★ 教具演示并导入新课：（讲解相关理论知识） 一、齿轮结构 根据强度条件和传动比要求可以确定齿轮的模数、齿数等基本参数，并计算出齿轮传动的主要尺寸。在确定齿轮尺寸的基础上，考虑材料制造工艺等因素，确定齿轮的结构形状。齿轮结构可分为齿轮轴、实心式、腹板式、轮辐式等。 １．齿轮轴 直径较小的钢质齿轮，当齿根圆直径与轴径接近时，可将齿轮和轴做成整体的，称为齿轮轴。 齿轮轴刚度较好，但齿轴磨损后，轴也同时报废，对直径较大的齿轮应分开制造。 ２．实心式齿轮 齿顶圆直径da≤160mm时，可采用锻造毛坯的实心式结构，�当齿顶圆直径da＜100mm时，单件或小批量生产的齿轮，�可直接用轧制圆钢作齿轮毛坯。 ３．腹板式 齿顶圆直径da≤500mm时，一般用锻造方法做成腹板结构齿轮，�不重要的用铸造的方法做成腹板结构齿轮。为了减轻重量，节省材料，常在腹板上制出圆孔。有关结构尺寸参照图中经验公式确定。 ４．轮辐式 齿顶圆直径da＞500时，齿轮毛坯常用铸造方法做成轮辐结构。根据不同要求，可用铸钢或铸铁。 注意事项： 齿轮结构设计强调按毛坯材料、几何尺寸、结构工艺、生产批量、经济等因素确定，齿轮结构分别有齿轮轴、实心式、轮辐式、辐板式。各部分尺寸由经验公式确定。 章节名称 斜齿圆柱齿轮传动 授课形式 讲授 课时 2 班级 电气、机电 教学目的 1． 掌握斜齿轮传动的主要参数、几何尺寸和正确啮合条件。 ２． 掌握斜齿轮传动的受力分析，会判断各力的方向。 教学重点 斜齿轮传动的主要参数、正确啮合条件、受力分析，会判断各力的方向 教学难点 受力分析，会判断各力的方向 辅助手段 齿轮模型 课外作业 教学进程及说明 ★ 教具演示并导入新课：（讲解相关理论知识） 一、斜齿圆柱齿轮齿廓形成及啮合特点 １．斜齿圆柱齿轮齿廓形成 � 渐开线斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成与渐开线直齿圆柱齿轮相似。就齿轮端面而言，都是发生线绕基圆作纯滚动时，发生线上任一点K在平面上的轨迹。 实质上齿廓表面是一渐开线曲面。 所不同的是直齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条平行于基圆柱母线的直线在空间的轨迹面；而斜齿圆柱齿轮的齿面是发生面上一条与基圆柱母线夹角为βb的斜直线在空间的轨迹面。由于斜直线绕到基圆柱面上之后是一条螺旋线，�由该斜直线在空间的轨迹面所形成的齿廓曲面称为渐开螺旋面，其中βb�称为基圆螺旋角。 ２．啮合特点： （1） 直齿圆柱齿轮 由齿廓曲面形成原理可知，直齿圆柱齿轮在啮合过程中，接触线平行于轴线，因而一对直齿齿廓是同时沿整个齿宽进入啮合脱离啮合，即其上的载荷也是突然加上和突然卸下，易引起冲击。传动平稳性较差。 （2） 斜齿圆柱齿轮 而一对斜齿圆柱齿轮接触线为斜直线，接触线长度先由短到长，再由长到短，�直至脱离啮合，故传动平稳性好，承载能力强，适用于高速重载传动。在传动时会产生轴向力。 二、斜齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸 ( 图11 ) 由斜齿圆柱齿轮齿廓形成可知，它的齿面是一渐开线螺旋面，其端面（垂直于齿轮轴线的平面）和法面平面（垂直于齿的平面）的齿形不同，当用成型铣刀加工时，刀具沿螺旋线方向进刀，故轮齿的法面齿形与刀具的齿形一致，因此以轮齿的法面参数为标准来选择刀具。但在计算斜齿轮的几何尺寸时，又要按端面参数进行计算，故必须建立法面参数与端面参数之间的换算关系。 １．螺旋角 斜齿轮的螺旋线为斜直线，螺旋线与分度圆柱母线的夹角称螺旋角，用β表示。斜齿轮轮齿的旋向分为左、右旋两种。 ２．模数 Pn表示法向齿距，Pt表示端面齿距，β为螺旋角，它们之间的关系为： Pn＝Pt·cosβ ∵ P＝π·m ， ∴ mn＝mt·cosβ mt——端面模数 mn——法面模数 一般取mn为标准模数 ３．压力角 斜齿轮在分度圆上的压力角也有法向压力角αn和端面压力角αt之分，两者之间的关系为： tgαn＝tgαt·cosβ 一般规定法向压力角取标准值，即αn＝20° ４．齿顶高系数和顶隙系数 斜齿轮在端面和法面上的齿顶高和顶隙是相等的，即 ha＝hat*·mt＝han*·mn C＝Ct*·mt＝Cn*·mn 由此得 hat*＝han*·cosβ Ct*＝Cn*·cosβ 式中hat*和Ct*为端面齿顶高系数和顶隙系数，han*和Cn*为法面齿顶高系数和顶隙系数，均应取标准值。 ５．分度圆直径与中心距 斜齿轮直径是从端面上度量的，故得 d＝mt·Z＝ mnz／cosβ。 斜齿轮传动的标准中心距为： a＝ (d1＋d2) ／2＝(Z1＋Z2)mt／2＝(Z1＋Z2)mn／2cosβ 斜齿轮的几何尺寸计算公式见表11－11。 三、斜齿圆柱齿轮传动 1.正确啮合条件 一对斜齿轮的正确啮合条件是：两轮的法面模数和法面压力角相等，分度圆上的螺旋角相等，方向相反， 即： mn1＝mn2 αn1 ＝αn2 β1＝-β2 ２．当量齿轮和当量齿数 过斜齿轮分度圆螺旋线上的一点P，作垂直于轮齿的法向截面，该截面为椭圆，椭圆在p点的曲率半径为ρ。�若以ρ为分度圆半径，以斜齿轮的mn、αn作一假想直齿圆柱齿轮，�其齿形近似于斜齿轮的法向齿形。该假想直齿圆柱齿轮称为该斜齿轮的当量齿轮，其齿数称为当量齿数，用Zv表示。Zv＝Z／cos3β。�式中Z为斜齿轮的齿数，β为螺旋角。 选择铣刀及轮齿弯曲强度计算都用到当量齿数Zv。此外确定斜齿轮不产生根切的最少齿数也以它为依据。因为当量直齿轮轮齿的最少齿数Zvmin＝17， 则标准斜齿轮不产生根工的最少齿数为 Zmin＝Zvmin·cos3β 可见，斜齿轮的最少齿数比直齿轮少。 例如：αn＝20°，当β＝15°时，斜齿轮的最少齿数：Zmin＝Zvmin·cos3β ＝17·cos315° ＝15 四、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析 １．受力分析 一对斜齿轮受力情况，不计摩擦力，作用于主动轮齿上的法向力Fn必沿接触点的法线方向指向工作齿面。法向力又可分为： 圆周力 径向力 轴向力 从动轮上的圆周力、径向力和轴向力与主动轮上的大小相等，方向相反。 圆周力的方向在主动轮上与啮合点的圆周速度方向相反，在从动轮上则与啮合点的圆周速度方向相同。 径向力的方向分别指向各自的轮心。 轴向力方向可用主动轮左右手法则来判定。即主动轮是右旋时，握紧右手，四指表示主动轮的回转方向，拇指伸直的指向即为主动轮上的轴向力 五、本次课小结 本次课重点掌握掌握斜齿轮传动的主要参数、几何尺寸和正确啮合条件。掌握斜齿轮传动的受力分析，会判断各力的方向。 六、布置作业 练习册对应内容 七、 [教学反思] 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算，有些内容(当量齿轮)比较抽象，学生难以理解。在讲授时应注意恰当运用各种教学手段，利用多媒体和模型，使抽象的概念形象化，帮助学生理解。注意以直齿轮传动为基础，应提示斜齿轮传动、直齿锥齿轮传动与直齿轮传动的强度计算基本原理是一样的。教学应掌握它们的不同点即可。斜齿轮传动注意环绕分度圆螺旋角β这个主要参数来展开．使学生掌握斜齿轮传动的重点及关键所在。处理直齿锥齿轮传动设计计算最传动基本的一点，就是把直齿锥齿轮的强度看作是与其平均分度圆处的当量直齿轮的强度相当，因而强度计算公式可沿用直齿圆柱齿轮的，只是采用直齿圆锥齿轮平均分度圆处的当量圆柱齿轮的参数而已。 学科网（北京）股份有限公司 $$