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1、NO-6齿轮机构与齿轮传动电子教案 机械设计基础（第2版）教学目标知识目标：理解齿轮机构的运动规律，了解这些规律在工程实际中的应用；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：根据使用要求选用齿轮机构的类型，并能设计选择标准直齿圆柱齿轮的主要参数；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；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
2、和严谨的工作作风教学重点直齿圆柱齿轮传动设计、凸轮轮廓设计的基本原理与方法教学难点齿轮尺寸的计算教学手段理实一体 实物讲解小组讨论、协作教学学时6教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释模块六 齿轮机构与齿轮传动相关知识学习情境一 齿轮机构设计与分析一、齿轮机构的特点与类型1.齿轮机构的特点2.齿轮机构的类型二、渐开线齿廓分析1.齿廓啮合的基本定律图6-3 齿廓啮合基本定律凡是能够满足齿廓啮合基本定律的一对齿廓称为共轭齿廓。理论上可以作为共轭齿廓的曲线有无穷多种, 但在实际生产中，齿廓曲线的选择除要满足齿廓啮合基本定律外, 还必须考虑制造、安装和强度等要求。因此, 工业上常用的齿廓仅有
3、渐开线、摆线和圆弧等, 其中渐开线在通用设备上应用最广。2.渐开线齿轮齿廓的形成3.渐开线齿轮各部分的名称4.标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸的计算公式当齿轮的模数m、压力角、齿顶高系数h*a和顶隙系数c*均为标准值，且分度圆处的齿厚与齿槽宽相等，即s=e时，称其为标准齿轮。外5.渐开线齿廓的啮合特性三、渐开线齿形的切齿原理与根切1.渐开线齿形的切齿原理齿轮轮齿成形的加工方法很多, 如切削法、 铸造法、 热轧法、 冲压法、 模锻法等, 切削法最常用。 按加工原理, 切削法分为仿形法和范成法两种。 2.渐开线齿形的根切齿轮加工时根部被切除的现象称为根切，如图6-10所示。被根切后的轮齿不仅削弱了轮齿的
4、抗弯强度, 影响轮齿的承载能力，而且使轮齿的啮合过程缩短，重合度下降，齿轮传动的平稳性降低，因此应力求避免。学习情境二 其他常用齿轮机构简介一、斜齿圆柱齿轮机构 一对平行轴斜齿圆柱齿轮啮合时，斜齿轮的轮齿是逐渐进入啮合、逐渐脱离啮合的，载荷沿齿宽逐渐加上或卸下, 因此其传动平稳性比直齿轮好, 减少了冲击、 振动和噪音, 在高速和大功率传动中广泛应用。但是，由于斜齿轮的轮齿是螺旋形的，故比直齿轮传动要多一个轴向分力。二、圆锥齿轮圆锥齿轮用于传递两相交轴之间的运动和动力，两轴交角可根据需要确定，一般机械中多采用90， 其轮齿分布在一个截锥体的锥面上， 因此其齿形从大端到小端逐渐变小。 圆锥齿轮的轮
5、齿分直齿、斜齿和曲齿三种类型，与圆柱齿轮相仿，有齿顶圆锥、分度圆锥、齿根圆锥和基圆锥之分。为了便于计算和测量，规定大端的参数为标准值。因直齿圆锥齿轮在设计、制造和安装等方面都较简便，故应用广泛。曲齿与直齿相比传动平稳, 承载能力高, 常用于高速、 重载传动, 如汽车、 拖拉机、 飞机中的锥齿轮机构, 但其设计、 制造比较复杂。如图6-13所示为直齿圆锥齿轮机构，图6-14为曲齿圆锥齿轮机构。 图6-13 直齿圆锥齿轮机构 图6-14曲齿圆锥齿轮机构三、蜗杆蜗轮机构 1. 蜗杆蜗轮机构的组成 蜗杆蜗轮机构由蜗杆和蜗轮组成，用于传递空间两交错轴之间的运动和动力，两轴的交错角通常为90，如图6-15
6、所示。通常蜗杆为主动件， 外形与螺杆相似， 其螺纹有单头和多头、 左旋和右旋之分； 蜗轮的形状与斜齿轮相似， 但为了使蜗杆和蜗轮齿面更好地接触， 轮齿沿齿宽方向为圆弧形。 蜗轮螺旋角的大小、 方向与蜗杆螺旋升角的大小、 方向相同。 图6-15 蜗杆蜗轮机构2. 蜗杆机构的类型 根据蜗杆的形状，可将常用的蜗杆传动分为圆柱蜗杆传动和圆弧面蜗杆传动两大类。圆柱蜗杆传动按蜗杆齿形又可分为阿基米德蜗杆传动、延长渐开线蜗杆传动、渐开线蜗杆传动和圆弧齿蜗杆传动。3. 蜗杆传动的特点 学习情境三 齿轮传动的失效与精度一、齿轮传动的失效形式与齿轮的材料1.齿轮传动的失效形式齿轮由于某种原因不能正常工作的现象称为
7、失效。在不发生失效的条件下，齿轮所能安全工作的限度称为工作能力。失效和破环是两个完全不同的概念，失效并不意味着破环。（1） 轮齿折断（2）齿面点蚀 （3）齿面磨损 （4）齿面胶合（5）塑性变形 2.齿轮的设计准则针对上述各种不同的失效形式，各有相应的工作能力判定条件。 这种为了防止失效以满足齿轮的工作要求而制定相应的判定条件，通常称为齿轮工作能力的设计准则。主要有强度、 刚度、耐磨性和稳定性准则等。 3.齿轮的材料与热处理 为了使齿轮能正常工作，齿轮材料应保证轮齿表面有足够的硬度，以增强它的抗点蚀、 抗磨损、抗胶合和抗塑性变形的能力；轮芯部应有足够的强度和韧性，以抵抗齿根折断和冲击载荷；同时材
8、料应具有良好的加工性和热处理性能，使之便于加工，利于提高其力学性能。 （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。 调质后材料的综合性能良好，硬度一般为280300 HBS，切齿后的精度一般可达8级，精切可达7级。正火处理可以改善材料的力学性能和切削性能，齿面硬度一般为150200 HBS。 （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。硬齿面主要用于高速、重载或要求尺寸紧凑的重要传动中。二、齿轮
9、传动的精度1.误差对传动的影响2.齿轮精度等级的选择三、齿轮的结构与齿轮传动的润滑1.齿轮的结构 2.齿轮传动的润滑齿轮在啮合传动时，由于齿面之间存在着相对滑动，必然会产生摩擦和磨损，造成能量损耗，而使传动效率降低。润滑对于齿轮传动十分重要，尤其是高速齿轮传动。润滑不仅可以减少齿轮啮合处的摩擦和磨损，还可以起到降低噪音、减缓冲击、散热等作用，提高齿轮的传动效率并延长使用寿命。学习情境四 直齿圆柱齿轮传动一、直齿圆柱齿轮传动的受力分析对轮齿上的作用力进行分析是进行齿轮承载能力的计算、 设计支承齿轮的轴以及选用轴承的基础。 二、轮齿的计算载荷 实际上，在齿轮传动的过程中，由于制造、安装误差，齿轮、
10、轴和轴承的弹性变形，原动机和工作机的工作特性不同以及轮齿在啮合过程中产生附加的动载荷等因素的影响，使得实际载荷有所增加。三、直齿圆柱齿轮传动的强度计算 1. 齿面接触疲劳强度 2.齿根弯曲疲劳强度3.公式应用注意事项四、直齿圆柱齿轮传动设计步骤1.齿轮传动参数的选择2.直齿圆柱齿轮传动设计步骤直齿圆柱齿轮传动设计步骤如图6-33所示。图6-33 直齿圆柱齿轮传动设计步骤学习情境五 其它齿轮传动一、斜齿圆柱齿轮传动与直齿圆柱齿轮传动相比，轴斜齿轮传动优点是：1）平行轴斜齿轮传动中齿廓接触线是斜直线，轮齿是逐渐进入和脱离啮合的，故工作平稳，冲击和噪声小，适用于高速传动。 2）重合度较大，有利于提高
11、承载能力和传动的平稳性。3）最少齿数小于直齿轮的最小齿数Zmin。主要缺点是传动中存在轴向力，为克服此缺点，可采用人字齿轮。如图6-36所示为平行轴斜齿轮传动，如图6-37所示为人字齿轮传动。 图6-36 平行轴斜齿轮传动 图6-37人字齿轮传动1.斜齿圆柱齿轮传动的基本参数2.标准斜齿轮尺寸计算3.斜齿圆柱齿轮的受力分析4.斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 二、直齿圆锥齿轮传动1.直齿圆锥齿轮传动受力分析 2.直齿圆锥齿轮传动的强度计算直齿圆锥齿轮传动的强度计算，可近似按平均直径处的一对当量直齿圆柱齿轮的传动进行。学生总结各类型的特点及适用范围。教师结合图片讲解凸轮机构的运动过程。教师讲解对心直动从动件盘形凸轮轮廓设计。学生试着解例5-1。举例说明如何选用凸轮的材料。请同学说说见过的齿轮类型。学生试着解例5-2。举例说明实际中应用的圆锥齿轮。5第 页