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任务6 齿轮的结构、失效形式及常用材料
【教学目标与要求】
一、知识目标
1）了解齿轮的结构与尺寸计算。
2）了解齿轮失效的常见形式。
3）掌握常用的齿轮材料。
4）熟悉基本参数和几何尺寸计算。
5）熟悉齿轮传动的润滑和维护要求。
二、能力目标
1）能够正确选用齿轮的材料，分析失效的原因。
2）能够选择齿轮传动的润滑剂及牌号，并能做好日常维护工作。
三、素质目标
1）了解齿轮的结构与尺寸的关系。
2）了解齿轮的常用材料。
3）了解润滑油粘度对齿轮传动的影响。
四、教学要求
1）了解齿轮结构与直径大小的关系。
2）了解常见的齿轮失效形式及常用的齿轮材料。
3）会根据速度选择润滑剂及润滑油的牌号。
4）会对齿轮传动作日常的维护。
【教学重点】
1）齿轮传动的主要失效形式及常用材料。
2）润滑剂的选择、粘度的确定及日常维护要求。
【难点分析】
点蚀的形成机理。
【分析学生】
1）齿轮的点蚀形成过程由于涉及的知识较多，有一定的难度，学生接受有一定的困难，注意重点在脉动循环应力的对齿面长期疲劳破坏，和直齿轮的重合度不可能大于2的原因，使点蚀出现在分度线附近。
2)由于中碳钢能经过齿面淬火而提高硬度和接触强度，所以一般选用中碳钢作齿轮。
【教学思路设计】
1）齿轮结构从尺寸大小的比较入手，以能传动为前提，既要节约材料，又要从加工出发来决定齿轮的结构，比较得出结论。
2）从受载、疲劳、摩擦的角度来阐述失效的机理。
3）材料的选择从能够提高表面硬度入手选择中碳钢，考虑韧性和加工，而不选高碳钢。
4）润滑剂牌号选择注意粘度的作用。
【教学安排】
2学时（80分钟）
【教学过程】
一、齿轮的结构
1.圆柱齿轮
圆柱齿轮的结构有四种，至于选择哪一种结构，要按照外径的大小来确定。
当～时，由于齿根到键顶部距离太小，取齿轮轴。
当时，选用锻造实体齿轮，后车削加工。
当时，选用腹板锻造齿轮，后车削加工。由于直径太大，受锻造设备砧座尺寸所限制，要根据生产条件来确定选用锻造齿轮还是铸造齿轮。
当时，由于锻造设备已不能生产，只能选用铸造齿轮。
二、齿轮的失效形式及常用材料
1.失效形式
1)轮齿折断 分为部分折断和全部折断两种形式，常发生在突然超载且由于安装不当使载荷在整个齿宽上分布不均匀，发生部分折断；齿根折断是由于长期工作，齿根疲劳弯曲应力超过其许用值而产生的。防止的方法是防止超载和减少齿根应力集中。
2）齿面点蚀 齿面的接触应力在长期工作中受到脉动循环应力的作用超过其许用值时，会产生细微的疲劳裂纹，在有润滑的状态下，油进入裂纹内部，传动时产生高压使裂纹蔓延扩展剥落金属，形成麻点。防止的方法是提高齿面硬度和降低表面粗糙度值，或选用大粘度的润滑油。点蚀只出现在闭式齿轮传动中。
3）齿面磨损 跑合性的磨损起抛光接触面的作用，有利于改善齿面啮合状态，如新汽车要经过跑合期后，零件才进入正常的工作阶段。另一种是由于啮合面进入了金属屑或灰砂而引起的磨粒磨损，它破坏了齿面的渐开线齿形，应当注意避免发生。防止的方法是保证润滑油的清洁，给齿轮加装防护罩。这种磨损发生在开式齿轮传动中。
4）齿面胶合 当齿面失去润滑后，两齿面将直接接触，在重载摩擦发热超过金属融化温度时，相互粘合在一起，继续传动时又相互划伤、撕裂而形成沟纹。防止的方法是增大油的粘度，提高表面硬度和降低表面粗糙度值。
三、常用齿轮材料
1）锻钢 应用最多，由于锻造提高了材料的力学性能。但齿轮的尺寸不能大于，还应当考虑生产条件是否能够达到要求。一般选用中碳钢。
2）铸钢 当不能采用锻钢齿轮时，只能选用铸钢件，但其力学性能不如锻钢。
3）铸铁 应用较少，只能用于低速、轻载的开式传动。
4）非金属材料 在工程材料齿轮和轻载的电子产品中可应用，如摆头风扇的齿轮、组合音响的齿轮传动，应用于动力传动的场合很少。
五、润滑与维护
1.润滑剂
润滑对于齿轮的正常传动和保证使用寿命至关重要，润滑剂分为油和脂两种，脂是在油中加入稠化剂而制成的，润滑油以矿物油为最常用。选择油还是脂润滑是根据齿轮节圆的圆周速度和接触应力来决定的，常用的齿轮润滑应尽可能选用油润滑。油的粘度越大，能够承受的载荷越大；齿面接触应力越大，需要选择油的粘度越大；齿轮传动的圆周速度越大，则其粘度要求越低。常用油的牌号夏季为320号，冬季为220号。
2.润滑的方式
一般的闭式齿轮传动，如减速器的齿轮，应将齿轮浸入油池中，其浸入深度以10 mm或1～2个齿高为好，浸入过深增加了转动的阻力，不利于传动。如果齿轮的线速度过大，如以上，需要选用喷射装置将油喷到齿面上润滑。
3）蜗杆传动的润滑
由于滑动速度大，油起到润滑和降温的作用，当，采用喷油润滑，一般选用油浴润滑，最好将蜗杆浸入油中。
4．维护
1）按说明书要求定期更换润滑油，牌号、油量要符合要求。
2）变速换挡时要注意在低速或停车状态下进行，以防撞击齿轮。
3）如有异常声音应及时停车检查，并作定期维修。
六、小结
1）齿轮的结构依齿轮的大小来选择。
2）齿轮常见失效形式对开式传动是点蚀，对闭式传动是磨损。常用齿轮材料是中碳钢，热处理是为了提高材料的力学性能。以锻钢齿轮最为常用。
3)齿轮传动常用的润滑油，载荷大时选用高粘度的润滑油，转速高时选用粘度低的润滑油。齿轮传动需要定期更换润滑油。
七、布置作业
八、教学反思
机械基础教学学生比较单一，对熟记知识的学习学生几乎不喜欢，更谈不上上课掌握知识要点。我们要充分分析学生的现状，做到有的放失，一针见血让学生去理解记忆，从而掌握知识点。现代多媒体教学要充分利用，通过直观明了的知识点较以解释肯定掌握，效果明显。

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