9.6 渐开线齿轮和齿轮轮齿（教案）《机械基础》（机工版·第2版）同步精品课堂

《机械基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务9.6 渐开线齿轮和齿轮轮齿 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 职高学生对齿轮有一定生活和实习接触，见过机床、汽车中的齿轮，对齿轮磨损、断裂等故障有直观印象，但对精度等级、ISO公差分级等抽象概念较陌生。他们动手能力较强，更关注知识在实际维修、检测中的应用，对纯理论条文接受较慢。此前可能学过齿轮基本结构，却对齿面点蚀、胶合等失效形式的成因和区别认识模糊，易混淆不同故障的特征。学习中可能难以理解公差等级与齿轮性能的关联，需结合故障案例、实物对比降低难度，多通过实习中见过的齿轮失效现象引导分析，提升学习针对性。 背景分析 齿轮是机械传动的核心部件，其性能直接影响设备的运行精度、效率和寿命，在机床、汽车、工程机械等领域应用广泛，是职高机械类专业学生未来从事设备维修、检测、制造等工作必须掌握的内容。随着工业生产对设备可靠性要求的提高，齿轮精度控制及失效分析愈发重要。学生在实习中可能接触过齿轮磨损、断裂等故障，却对精度等级划分、ISO公差标准及各类失效形式的成因缺乏系统认识。了解这些知识，能帮助学生判断齿轮故障类型、分析失效原因，为后续学习设备维护、质量检测等课程奠定基础，也与职业岗位对机械零件性能评估的要求紧密相关。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 培养观察机械零件失效现象的能力，树立产品质量意识和安全操作意识，为后续从事设备维修、质量检测等岗位工作打下基础。 能说出齿轮精度的含义及影响；记住圆柱齿轮ISO齿面公差分级的基本等级范围和应用场景；解释齿面点蚀、磨损、胶合、塑性变形、轮齿折断的现象和主要成因。 能根据齿面特征区分不同的失效形式；能举例说明不同精度等级齿轮的适用设备；能结合实例分析齿轮失效可能的原因。 学习任务 描述 了解齿轮的精度和圆柱齿轮ISO齿面公差分级制。 了解齿轮轮齿的常见失效形式。 理解常见失效形式的产生机理。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 齿轮常见失效形式的特征及成因 教学难点 ISO公差等级与齿轮性能的关联 教学难点突破方法 对ISO分级，用“等级数字越小精度越高”的通俗表述，结合不同设备（精密机床用高精度级、农用机械用低精度级）举例，让学生理解等级与应用场景的对应关系，降低抽象概念难度 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：朱明松，第2版；机械工业出版社。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 任务引入：了解齿轮的精度和圆柱齿轮ISO齿面公差分级制。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 根据齿轮的使用要求，齿轮的精度可由四个方面组成，即运动精度、工作平稳性精度接触精度和齿轮副侧隙。 1.运动精度 运动精度是指齿轮传动传递运动的准确性，通常以齿轮每回转一周时，其转角的误差来反映。转角误差越小，传递运动越准确，传动比越准确。 由于加工中存在误差，齿轮轮齿在圆周上具有分布不均匀的特征。因此，从动齿轮的实际转角与理论转角之间必然会出现转角误差。为了满足使用要求，规定在齿轮转一周的过程中，转角最大误差的绝对值不应超过一定的限度。 2.工作平稳性精度 3.接触精度 4.齿轮副侧隙 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 圆柱齿轮的精度标准是决定齿轮质量水平和经济效益的关键因素。自2001年起，我国开始修订第Ⅰ、第Ⅱ、第Ⅲ三个公差组和若干检验组的齿轮精度评定指标，逐步建立与国际齿轮精度等级标准接轨的圆柱齿轮IS0齿面公差分级制，国家标准代号为GB/T10095。依据测量原理、测量装备和评价方法的不同，GB/T10095由两个部分构成，第1部分:齿面偏差的定义和允许值(GB/T10095.1);第2部分：径向综合偏差的定义和允许值(GB/T10095.2)。两个部分的评价体系没有相关性，但可以相互结合，一起使用。 1.齿面偏差的定义和允许值(GB/T 10095.-2022 本标准规定了单个渐开线圆柱齿轮齿面的制造和合格判定的公差等级，还规定了各项发面公差的术语、齿面公差分级制的结构和允许值。按照公差值由小到大的顺序，定义了11个齿面公差等级，为1~11级,1级精度最高，11级精度最低。 2.径向综合偏差的定义和允许值(GB/T 10095.2-2023) 本标准规定了单个渐开线圆柱齿轮及扇形齿轮的径向综合偏差的公差分级、径向综合偏差的定义、公差分级制的结构和偏差允许值，提供了单个产品齿轮与码特齿轮双面啮合时径向综合偏差的公差计算公式等，适用于齿数不小于3，分度圆直径不大于600mm的齿轮。 主要讲解圆柱齿轮 ISO 齿面公差分级制。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 齿轮在传递动力时，一方面由于两齿面为线接触，表层会产生很大的接触应力;另一方面由于啮合过程是周期性变化的，因此其接触应力循环变化。经过长期的循环应力作用轮齿表面将产生疲劳裂纹。若润滑油进人裂纹，则在另一齿轮轮齿的挤压下，裂纹中的油压会升高而加速裂纹扩展，导致齿面金属剥落，形成小坑，这种现象称为齿面点蚀，如图 9-46 所示。 由于齿面间的相对滑动，轮齿在工作一定时间后必然会产生 一定量的损。如果损t符合预期，则称为正常磨损。若齿面间 有砂粒、金属屑等进人，则会加剧齿面损，此称为磨粒磨损。 齿面磨损的发生部位为齿轮轮齿的接触面。齿轮发生齿面损 后，将引起齿廓变形和使齿厚变薄，从而产生振动和噪声:至会因轮齿过薄而断裂。齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式，如图9-48所示。采用闭式齿轮传动，同时提高齿面硬度，减小接触应力；低齿面的表面粗糙度值，保持润滑油的清洁等，都有利于减少齿面磨损。 相互啮合的轮齿齿面，在一定温度和压力的作用下直接接触，发生粘着，随着齿面的对运动，使金属从齿面上撕落而引起严重的粘着损现象称为齿面胶合。齿面胶合有热胶合和冷胶合两种。 齿面胶合是闭式齿轮传动的主要失效形式之一，易于出现在靠近节线的齿顶部位。选用适宜的润滑油、提高硬度、减小表面粗糙度值、采用抗胶合能力强的齿轮材料等都可以提高齿轮的抗齿面胶合能力。 热胶合是指在高速重载齿轮传动中，由于啮合处产生很大的摩擦热，导致局部温度过5，齿面油膜破裂，使两接触齿面金属熔焊而粘着。冷胶合是指在低速重载齿轮传动中3于局部齿面啮合处压力很大，且速度低，不易形成油膜或表面油膜被挤破，使齿轮金属面直接接触而粘着，如图 9-49 所示。 教师根据课本内容讲解齿面点蚀、齿面磨损和齿面胶合。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握学习内容，突破了课程内容难点。 材质较软、轮齿表面硬度不高的齿轮，若频繁起动或严重过载，在摩擦力的作用下齿面表层金属沿相对滑动方向发生局部的塑性流动现象，称为齿面塑性变形，如图9-50所示。 轮齿发生齿面塑性变形后，主动齿轮齿面沿节线处形成凹沟，从动齿轮齿面沿节线处形成凸棱，严重时还会在齿顶边缘处出现飞边。提高齿面硬度、选用较大黏度的润滑油等都有助于防止或减轻轮齿发生齿面塑性变形。 齿轮在啮合传动时，轮齿根部受到的弯曲应力最大，且为应力集中区。在循环交变弯曲应力的作用下，当达到一定的循环次数时，轮齿根部将产生微裂纹;继续循环，裂纹将不断扩展，直至断裂。此种折断称为疲劳折断。工作过程中轮齿受到短期过大载荷或过大冲击载荷作用时发生的突然折断，称为过载折断，如图9-51所示。轮齿折断是开式齿轮传动和硬齿面闭 式齿轮传动中轮齿失效的主要形式之一。选择适当的 模数和齿宽，采用合适的材料及热处理工艺，减小齿 根处的应力集中等都可以提高轮齿的抗折断能力。 教师讲解齿面塑性变形和轮齿折断，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：齿面磨损与胶合有何区别？ 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 这节课我们学习了齿轮精度对传动的影响，知道ISO齿面公差分级中等级数字越小精度越高，精密设备用低级，普通设备用高级。还认识了齿轮常见的失效形式：齿面点蚀是表面小坑，多因接触应力过大；磨损是齿面磨薄，与润滑、杂质有关；胶合是高速重载下齿面粘在一起；塑性变形是齿面被压变形，因过载或材料软；轮齿折断多因冲击或疲劳。这些知识能帮我们判断齿轮故障，以后实习时多观察设备里的齿轮，试着分析失效原因，为设备维修打下基础。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） （1）列举两种防止齿面点蚀的措施。 （2）简述ISO精度等级与齿轮应用的关系。 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课通过实物展示齿轮失效案例，学生对各类失效形式的特征有了直观认识，效果较好。但ISO齿面公差分级部分，仅靠口头讲解等级与精度的关系，部分学生仍难理解，可增加不同等级齿轮的检测报告或实物对比，让抽象分级更具体。对失效成因的分析，虽结合了案例，但学生自主判断的练习不足，易混淆胶合与塑性变形的区别。后续需设计“故障诊断”实操环节，让学生根据图片或实物判断失效类型并分析原因，同时补充更多实习中常见的齿轮故障案例，增强理论与岗位的衔接，提升学生应用能力。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$