9.8 齿轮传动的受力分析（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9.8 齿轮传动的受力分析 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 职高学生已学过齿轮传动的基本结构，对直齿、斜齿等齿轮类型有初步认识，实习中见过齿轮磨损、断齿等现象，但对受力分析的抽象概念较陌生。他们对力的分解等物理知识有基础，但将其应用到齿轮传动中存在困难，易混淆不同齿轮的受力方向和分力类型。学生更关注知识在设备维修中的实际应用，对纯理论推导兴趣较低，学习时可能难以理解分力与齿轮失效的关联。需结合实物演示和故障案例，降低力的分解难度，通过对比不同齿轮的受力特点，帮助学生建立理论与实践的联系。 背景分析 齿轮传动的受力分析是理解齿轮工作状态和失效原因的关键，在机械设计、设备维修等领域应用广泛。无论是机床齿轮箱、汽车变速箱，还是起重设备的传动系统，齿轮受力是否合理直接影响其寿命和安全性——比如直齿轮的径向力可能导致轴变形，斜齿轮的轴向力需轴承承受，锥齿轮的轴向力会影响安装稳定性，蜗杆传动的轴向力更是设计蜗杆轴承的重要依据。职高学生未来从事设备维修、装配等工作时，常需判断齿轮损坏是否因受力过大或分布不均，掌握不同齿轮的受力特点，能帮助他们分析断齿、磨损等故障的根源，为设备维护和零件选型提供理论支持，是职业岗位必备的基础知识。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 培养从力学角度分析机械零件工作状态的思维，理解受力分析与齿轮失效的关联，为后续设备故障诊断和维修打下基础，树立工程实践中的安全意识和质量意识。 能说出直齿圆柱齿轮传动中圆周力、径向力的方向判断方法及计算公式；知道斜齿圆柱齿轮传动中轴向力的产生原因和方向判别规则；了解直齿锥齿轮传动中三个分力（圆周力、径向力、轴向力）的特点；记住蜗杆传动中蜗杆和蜗轮所受分力的对应关系。 能对直齿圆柱齿轮进行简单的受力分析并计算分力大小；能根据斜齿轮旋向和转向判断轴向力方向；能结合实例说明不同齿轮传动中受力对零件（如轴、轴承）的影响。 学习任务 描述 掌握直齿圆柱齿轮传动的受力分析方法。 掌握斜齿圆柱齿轮传动的受力分析方法。 掌握直齿锥齿轮传动的受力分析方法。 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 直齿圆柱齿轮传动中圆周力、径向力的大小计算与方向判断 教学难点 斜齿圆柱齿轮轴向力方向的判别 教学难点突破方法 用“左右手定则”结合实物模型演示——右旋齿轮握右手，左旋握左手，四指弯曲方向与齿轮转向一致，拇指指向即为轴向力方向 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：掌握直齿圆柱齿轮传动的受力分析方法。 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） 在工作过程中，直齿圆柱齿轮传动的主、从动齿轮分别受到来自对方施与的法向正压力Fn1、Fn2(Fn1为从动齿轮施加给主动齿轮的力，作用在主动齿轮上;Fn2为主动齿轮施加给从动齿轮的力，作用在从动齿轮上)。它们是一对作用力与反作用力。这两个力可分解成相互垂直的两个分力:圆周分力(Ft1、Ft2)和径向分力(Fr1、Fr2)，如图 9-59a所示。 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） 1.圆周分力(Ft1、Ft2) 圆周分力对于主动齿轮来说是阻力，其方向与主动齿轮在合点处的运动方向相反对于从动齿轮来说是动力，其方向与从动齿轮在啮合点处的运动方向相同，如图9-59b所示。Ft1与Ft2的关系为 Ft1 = -Ft2 = 2T1/d1 式中 T1 —— 主动齿轮的理论转矩(N·mm)，T1=9.55x106 P1/n1(P1为主动齿轮传递的功率，n1为主动齿轮的转速); d1 —— 主动齿轮的分度圆直径(mm)。 2.径向分力(Fr1、Fr2) 对于主、从动齿轮来说，径向分力的方向均由合点指向各自的轮心，如图9-59b所示。Fr1与Fr2的关系为 Fr1 = -Fr2 = Fttanα 主要讲解直齿圆柱齿轮传动的受力分析。 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。 与直齿圆柱齿轮传动一样，在工作过程中，斜齿圆柱齿轮传动的主、从动齿轮也受到分别来自对方施与的法向正压力Fn1和Fn2。它们也是一对作用力与反作用力。不同的是这两个力可以分解为互相垂直的三个分力:圆周分力(Ft1、Ft2)、径向分力(Fr1、Fr2)和轴向分力(Fx1、Fx2)，如图 9-60a所示。 1.分力的方向 斜齿圆柱齿轮传动中的圆周分力(Ft1、Ft2)和径向分力(Fr1、Fr2)的方向与直齿圆柱齿轮传动完全相同，如图 9-60b所示。 轴向分力(Fx1、Fx2)的方向需要通过左(右)手定则来判别，主动齿轮左旋用左手右旋用右手，弯曲四指的方向与主动齿轮的旋转方向一致，则大拇指指向即为主动齿轮轴向分力Fx1的方向。从动齿轮的轴向力F,可通过与主动齿轮轴向分力为作用力与反作用力的方法来判别，即Fx1 = -Fx2。 2.分力的大小 (1)圆周分力 (2)径向分力 (3)轴向分力 教师根据课本内容讲解斜齿圆柱齿轮传动的受力分析。 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。 与斜齿圆柱齿轮传动一样，在工作过程中，直齿锥 齿轮传动的主、从动齿轮受到的分别来自对方施与 的法向正压力Fn1、Fn2可分解为互相垂直的三个 分力：圆周分力(Ft1、Ft2)、径向分力(Fr1、Fr2) 和轴向分力(Fx1、Fx2)，如图9-61a所示。 1.分力的方向 直齿锥齿轮传动中的圆周分力(Ft1、Ft2)和径向分力(Fr1、Fr2)的方向与直齿圆柱齿轮传动完全相同。其轴向分力(Fx1、Fx2)的方向则由合点指向各自的大端，如图 9-61b 所示。 2.分力的大小 3.分力的关系 在直齿锥齿轮传动中，主动齿轮的圆周分力(Ft1)与从动齿轮的圆周分力(Ft2)，主动齿轮的径向分力(Fr1)与从动齿轮的轴向分力(Fr2)，主动齿轮的轴向分力(Fx1)与从动齿轮的径向分力(Fx2)分别互为作用力与反作用力。 斜齿圆柱齿轮传动一样，在工作过程中，蜗杆传动的蜗杆、蜗轮受到的分别来自对方施与的法向正压力Fn1、Fn2也分解为互相垂直的三个分力：圆周分力(Ft1、Ft2)、径向分力(Fr1、Fr2)和轴向分力(Fx1、Fx2)。 教师讲解直齿锥齿轮传动的受力分析，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：斜齿圆柱齿轮比直齿圆柱齿轮多一个什么力？ 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） 这节课我们学习了不同齿轮传动的受力分析：直齿圆柱齿轮有圆周力（使齿轮转动）和径向力（指向轮心），圆周力方向相反，径向力都指向各自轴心；斜齿轮多了轴向力，用左右手定则判断，右旋用右手，四指跟转向一致，拇指就是轴向力方向；直齿锥齿轮的三个分力中，轴向力指向锥顶，径向力指向各自轮心；蜗杆传动中，蜗杆受轴向力和径向力，蜗轮受力与蜗杆对应且反向。这些力影响齿轮和轴的强度，记住分力特点和方向判断方法，能帮我们分析齿轮为啥会断齿、轴承为啥易坏，以后看设备时多想想受力情况，加深理解。 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）直齿锥齿轮的三个分力是什么？轴向力的方向有何特点？ （2）蜗杆与蜗轮的受力有何对应关系？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课通过受力模型演示直齿圆柱齿轮的分力，学生对圆周力和径向力的理解较好。但斜齿轮轴向力的方向判别仍是难点，部分学生对旋向与转向的结合判断混乱，需增加实物转动演示，让学生亲手操作并标注方向。锥齿轮的轴向力指向锥顶这一规律，虽反复强调，仍有学生混淆，可借助锥齿轮剖视图直观展示锥顶位置与力向的关系。蜗杆传动受力的对应反向性，学生易忽略力的作用与反作用，需结合“主动力与阻力”实例对比讲解。后续应多引入齿轮失效案例（如断齿因圆周力过大），让学生从受力角度分析原因，增强理论与实践的衔接。 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 $$