资源简介

课题 机械传动装置（三）——齿轮传动
课时 2课时（90 min）
教学目标 知识技能目标： （1）掌握齿轮传动的基本参数和工作原理 （2）了解齿轮的结构形式和材料 （3）掌握齿轮传动的维护 （4）能够计算齿轮传动的基本参数 思政育人目标： （1）养成实事求是的科学精神和求真务实的辩证思维 （2）提升遵守标准规范的职业意识和学以致用的职业素养
教学重难点 教学重点：齿轮传动的工作原理；齿轮的结构形式和材料；计算齿轮传动的基本参数； 教学难点：计算齿轮传动的基本参数
教学方法 案例分析法、问答法、讨论法、讲授法
教学用具 电脑、投影仪、多媒体课件、教材
教学设计 第1节课：考勤（2 min）→问题导入（5 min）→传授新知（13 min）→例题讲解（10 min）→课堂训练（10 min）→传授新知（5 min） 第2节课：传授新知（25 min）→任务实施（15 min）→课堂小结（3 min）→作业布置（2 min）
教学过程 主要教学内容及步骤 设计意图
第一节课
课前任务 【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，组织学生下载“任务工单4.2”，并根据任务工单进行组内分工。同时，提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件预习本节课知识，了解齿轮传动的类型、特点及应用，齿轮传动的基本参数，齿轮传动的维护等，并思考以下问题： （1）齿轮传动的类型有哪些？请举例说明，并简述其特点及应用。 （2）渐开线齿轮的工作原理是什么？渐开线齿轮的基本参数有哪些？并简述其计算方法。 （3）斜齿圆柱齿轮传动的特点是什么？斜齿圆柱齿轮的基本参数有哪些？并简述其计算方法。 （4）直齿圆锥齿轮的基本参数有哪些？并简述其计算方法。 （5）齿轮传动的失效形式有哪些？请举例说明，并简述其预防措施。 （6）齿轮的润滑方式有哪些？请举例说明，并简述其特点及应用。 【学生】完成课前任务 通过课前任务，使学生了解所学课程的重要性，增加学生的学习兴趣
考勤
（2 min） 【教师】使用文旌课堂APP进行签到 【学生】按照老师要求签到 培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况
问题导入 （5 min） 【教师】提出以下问题： 上节课我们学习了链传动，知道了链传动的特点，我们先来回顾一下。 【学生】思考、举手回答 【教师】总结学生回答，引入新的课题： 链传动的特点是传动效率高，能保证平均传动比恒定，适用于中心距较大的场合并能在同一平面内传递运动和动力。 那么我们来想一下有没有一种机械传动是在不同平面内传递运动和动力的呢？今天我们就来学习这样的传动。 通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣
传授新知
（13 min） 一．齿轮传动的类型、特点及应用 【教师】新知讲解 1．齿轮的类型 根据齿轮轴线位置的不同，齿轮传动可分为平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动。 （1）平行轴齿轮传动 直齿圆柱齿轮传动：齿轮的齿向与齿轮轴线方向相同，如图所示。 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“直齿圆柱齿轮传动”，观看微课视频，了解直齿圆柱齿轮传动的特点 【学生】扫码观看、思考 斜齿圆柱齿轮传动：齿轮的齿向与齿轮轴线方向倾斜了一个角度，如图所示。 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“斜齿圆柱齿轮传动”，观看微课视频，了解斜齿圆柱齿轮传动的特点 【学生】扫码观看、思考 人字形圆柱齿轮传动：它可看作由两个轮齿齿向倾斜方向相反的斜齿圆柱齿轮组合而成，如图所示。 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“人字形圆柱齿轮传动”，观看微课视频，了解人字形圆柱齿轮传动的特点 【学生】扫码观看、思考 （2）相交轴齿轮传动 直齿圆锥齿轮传动：如图所示。 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“直齿圆锥齿轮传动”，观看微课视频，了解直齿圆锥齿轮传动的特点 【学生】扫码观看、思考 斜齿圆锥齿轮传动：如图所示。 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“斜齿圆锥齿轮传动”，观看微课视频，了解斜齿圆锥齿轮传动的特点 【学生】扫码观看、思考 （3）交错轴齿轮传动 交错轴斜齿轮传动：如图所示。 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“交错轴斜齿轮传动”，观看微课视频，了解交错轴斜齿轮传动的特点 【学生】扫码观看、思考 蜗杆传动：如图所示。 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“蜗杆传动”，观看微课视频，了解蜗杆传动的特点 【学生】扫码观看、思考 【课堂互动】 【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答 根据工作条件的不同，齿轮传动装置还可分为开始、半开式和闭式三种。 请同学们思考，上述不同的方式的齿轮传动装置都有哪些特点及应用场合？ 【学生】聆听、思考、讨论、回答 【教师】总结学生回答 开式齿轮传动装置没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外，外界杂物容易侵入且润滑不良，多用于低速、非重要传动场合； 半开式齿轮传动装置有简单的防护装置，但不能严格防止外界杂物的侵入，润滑条件一般，多用于农业机械、建筑机械及简单机械； 闭式齿轮传动装置的齿轮经过精密加工，安装于密闭的箱体内，润滑条件良好，多用于汽车、机床等高速、精密和重要的传动场合。 2．齿轮传动的特点及应用 优点：① 传动比准确，工作可靠；② 传动效率高，使用寿命长；③ 结构紧凑，所占空间位置小，可在空间任意两轴之间传递运动和动力；④ 传递的功率、速度和尺寸范围大。 缺点：① 制造齿轮需要专用设备，制造成本较高；② 安装精度要求较高，否则会出现较大的振动和噪声；③ 不适用于两轴中心距较大的传动。 应用：齿轮传动广泛应用于汽车、飞机、船舶、机床、起重机械、矿山机械、轻工机械和仪器仪表等行业，是应用最为广泛的机械传动之一。 【学生】聆听、思考、理解 二．渐开线齿轮 【教师】新知讲解 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“渐开线齿廓的形成”，观看微课视频，学习渐开线齿廓的形成 【学生】扫码观看、思考 1．渐开线齿廓的形成和性质 如图4-25（a）所示，当一直线BK沿圆周从位置Ⅰ做纯滚动到位置Ⅱ时，直线上任一点K的轨迹形成一条曲线AK，则曲线AK称为该圆的渐开线，该圆称为渐开线的基圆，直线BK称为渐开线的发生线。渐开线齿轮的轮齿就是由以同一基圆形成的两条反向渐开线组成的，如图4-25（b）所示。 （a）渐开线的形成 （b）渐开线齿廓 （c）渐开线形状与基圆半径的关系 性质： （1）发生线上沿基圆滚过的线段长度等于基圆上被滚过的相应弧长，即。 （2）发生线BK即为渐开线在K点的法线。由于发生线恒切于基圆，因此渐开线上任意点的法线必恒切于基圆。 （3）渐开线齿廓上K点的法线方向与该点速度方向所夹的锐角称为该点的压力角，用表示，则有。由此可见，齿廓上各点的压力角是变化的，K点离基圆圆心越远，压力角越大。 （4）发生线与基圆的切点B也是渐开线在K点处的曲率中心，线段BK即是渐开线在K点处的曲率半径。因此，渐开线上越接近基圆的部分曲率半径越小，在基圆上其曲率半径为零。 （5）渐开线的形状取决于基圆半径的大小。如图4-25（c）所示，基圆半径越小，渐开线越弯曲；基圆半径越大，渐开线越平直。当基圆半径趋于无穷大时，渐开线将成为一条直线。 （6）基圆内无渐开线。 【学生】聆听、思考、理解 【教师】黑板上画出“渐开线齿轮的几何尺寸”图形，使学生对渐开线齿轮各部分的名称认识更直观，切入新知讲解 2．渐开线齿轮的几何尺寸 图4-26 渐开线齿轮的几何尺寸 （1）齿宽：轮齿沿齿轮轴线方向的宽度称为齿宽，用b表示。 （2）齿厚：在齿轮任意圆周上，一个轮齿两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿厚，用表示； （3）齿槽宽：一个齿槽两侧齿廓间的弧长称为该圆上的齿槽宽，用表示； （4）齿距：相邻两齿同侧齿廓之间的弧长称为该圆上的齿距，用表示。 （5）齿顶圆：过齿轮各齿顶所作的圆称为齿顶圆，其半径用表示。 （6）齿根圆：过齿轮各齿槽底部所作的圆称为齿根圆，其半径用表示。 （7）分度圆：为了便于计算齿轮各部分的尺寸，在齿轮上选择一个圆作为尺寸计算基准，这个圆称为分度圆，其半径、齿厚﹑齿槽宽和齿距分别以r、s、e和p表示。其中齿距、齿厚和齿槽宽之间的关系为 p = s + e （8）齿顶高：轮齿上介于齿顶圆与分度圆之间的部分称为齿顶，其径向高度称为齿顶高，用表示； （9）齿根高：介于分度圆与齿根圆之间的部分称为齿根，其径向高度称为齿根高，用表示； （10）齿全高：轮齿在齿顶圆和齿根圆之间的径向高度称为齿全高，用符号h表示。齿全高与齿根高、齿顶高之间的关系为 【学生】聆听、思考、理解 【教师】新知讲解 3．渐开线齿轮的基本参数 （1）齿数：齿轮圆周上轮齿的总数量称为齿数，用z表示。 （2）模数：齿轮分度圆的周长等于齿数z与齿距p的乘积，则分度圆的直径为， 工程中，为了便于齿轮的设计、计算、制造和检验等，通常将规定为标准值，称为齿轮的模数，用m表示，即。齿数相同的齿轮，模数m越大，齿距越大，轮齿也越大，齿轮的承载能力也就越强。 （3）压力角：压力角是指渐开线齿廓在分度圆上的压力角，用表示，GB/T 1356—2001中规定分度圆上的压力角为标准值，。 （4）齿顶高系数：齿顶高与模数m比值称为齿顶高系数，用符号表示。 （5）顶隙系数：一对齿轮啮合时，一个齿轮的齿顶与另一个齿轮的齿根之间沿半径方向的间隙称为顶隙，用c表示。顶隙与模数之间的比值称为顶隙系数，用符号表示。 4．渐开线标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算 当齿轮的模数m、压力角、齿顶高系数和顶隙系数都取标准值，且分度圆上的齿厚s与齿槽宽e相等时，该齿轮称为标准齿轮。对于标准齿轮，有 （4-9） 渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算公式如表所示。 名称符号计算公式模数m计算后从表4-3中选取压力角齿顶高系数正常齿取1.0顶隙系数正常齿取0.25分度圆直径d齿顶圆直径齿顶高齿根高齿全高h齿距p齿厚s齿槽宽e标准中心距a
【学生】聆听、思考、理解 通过教师讲解、课堂互动、举例分析等教学方式，帮助学生掌握齿轮传动的类型、特点及应用，渐开线齿廓的形成和性质，渐开线齿轮的几何尺寸和基本参数，渐开线便准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算等相关知识
例题讲解 （10 min） 【教师】讲解以下例题 【例4-1】已知减速器中一对标准直齿圆柱齿轮，其参数为，，，，，，试计算其分度圆、齿顶圆、齿根圆直径，分度圆齿厚、齿槽宽和中心距。 【解】计算过程及结果如表所示。 计算项目计算过程计算结果分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿厚和齿槽宽中心距
【学生】聆听、思考、理解 通过例题讲解，加深学生对知识的理解，帮助学生强化知识点的记忆
课堂训练 （10 min） 【教师】PPT展示以下例题，要求学生进行课堂练习，并请一位同学在黑板上演算，最后教师讲解。 （1）已知一标准直齿圆柱齿轮，模数m=4mm，齿数外啮合标准直径z=40，试求各部分尺寸？圆柱齿轮的几何尺寸的计算公式。 （2）已知一标准直齿圆柱齿轮，齿数z=30，齿根圆习，直径df等于192.5㎜。试求齿距p、齿顶圆直径da、分度圆直径d和齿高h？ 【学生】聆听、思考、演算 【教师】公布正确答案，并进行分析 通过课堂练习，检查学生掌握知识的情况，加深学生对计算公式的理解和灵活运用。
传授新知
（5 min） 【教师】新知讲解 5．渐开线齿轮的啮合传动 （1）渐开线齿轮正确啮合条件 两齿轮的模数和压力角分别相等，即， （2）渐开线齿轮的传动比 渐开线齿轮传动的传动比。 （3）渐开线齿轮传动的中心距 标准安装时齿轮的中心距称为标准中心距，其大小为 （4）渐开线齿轮连续传动的条件 齿轮传动通常用重合度来描述任意瞬间处于啮合状态的轮齿对数，其符号为。重合度越大，表示同时参与啮合的齿数越多，则传动越平稳。渐开线齿轮连续传动的条件为重合度。 【学生】聆听、思考、理解 通过教师讲解、课堂互动、举例分析等教学方式，帮助学生掌握渐开线齿轮的啮合传动等相关知识
第二节课
传授新知 （25 min） 三、斜齿圆柱齿轮传动 【多媒体教学】 【教师】要求学生通过“文旌课堂”APP扫描二维码“斜齿圆柱齿轮传动的特点”，观看微课视频，学习斜齿圆柱齿轮传动的特点 【学生】观看、思考 【教师】新知讲解 1．斜齿圆柱齿轮传动的特点 斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成方法与直齿轮相同，但由于斜齿圆柱齿轮的齿向与齿轮轴线不平行，因此生成的齿廓曲面与基圆柱的交线是一条螺旋曲线，如图4-29（b）所示。 （a）直齿圆柱齿轮的齿廓曲面 （b）斜齿圆柱齿轮的齿廓曲面 由于斜齿圆柱齿轮存在螺旋角，其啮合传动的齿面接触线与直齿圆柱齿轮传动不同：直齿圆柱齿轮传动的齿面接触线是等长的，如图4-30（a）所示；斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触线不是等长的，而是由短变长，又由长变短，如图4-30（b）所示。这表明工作时斜齿圆柱齿轮的轮齿承受的载荷逐渐增大后再逐渐减小，因此斜齿圆柱齿轮传动承载能力强、传动平稳、冲击及工作噪声小，适用于大功率、高速齿轮传动。 （a）直齿圆柱齿轮传动的齿面接触线 （b）斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触线 【学生】聆听、思考、理解 【教师】新知讲解 2．斜齿圆柱齿轮的基本参数 1）螺旋角 斜直线与齿轮轴线所夹的锐角称为螺旋角，用表示，它的大小表示轮齿的倾斜程度。一般情况下，值越大，传动的平稳性越高，但传动时产生的轴向力也越大，故螺旋角不能过大，一般取。 旋向判别方法：将齿轮轴线垂直放置，轮齿自左至右上升者为右旋，反之为左旋。 2）模数 斜齿圆柱齿轮的模数分为端面模数和法面模数。如图4-31所示，根据几何关系可知，端面齿距与法面齿距之间存在关系：，由此可知 3）压力角 斜齿圆柱齿轮的分度圆在端面内的压力角称为端面压力角，用表示； 在法面内的压力角称为法面压力角，用表示。 根据几何关系推导可得 4）齿顶高系数和顶隙系数 斜齿圆柱齿轮的端面、法面齿顶高系数、，端面、法面顶隙系数、之间的关系分别为， 【学生】聆听、思考、理解 【教师】新知讲解 3．标准斜齿圆柱齿轮几何尺寸的计算 几何尺寸符号计算公式分度圆直径d齿顶圆直径齿根圆直径齿顶高齿根高全齿高h顶隙c标准中心距a
【学生】聆听、思考、理解 四、直齿圆锥齿轮传动 【教师】新知讲解 1．直齿圆锥齿轮的基本参数 直齿圆锥齿轮的啮合过程可看作是两个锥顶共点的圆锥体做相对纯滚动，而轮齿均匀分布在圆锥体的表面上，如图所示。与直齿圆柱齿轮相对应，直齿圆锥齿轮中有分度圆锥面、齿顶圆锥面和齿根圆锥面等。 1）模数 直齿圆锥齿轮的模数m同样已由国家标准规定，一般根据齿轮强度和结构的要求进行选取。 2）分度圆锥角 直齿圆锥齿轮轴线与分度圆锥面所夹的锐角称为分度圆锥角，用表示，如图 4-34所示。 3）轴交角 相互啮合时两直齿圆锥齿轮轴线之间的夹角称为轴交角，用表示。一般机械中，通常采用90°轴交角的直齿圆锥齿轮传动，即。 4）压力角、齿顶高系数及顶隙系数 国家标准规定，标准直齿圆锥齿轮的压力角，正常齿的齿顶高系数，顶隙系数。 【学生】聆听、思考、理解 【教师】新知讲解 2．直齿圆锥齿轮几何尺寸的计算 几何尺寸符号计算公式大端模数m根据国家标准选取传动比
和锥角i、、齿顶高齿根高齿全高h分度圆直径、 齿根圆直径、 齿顶圆直径、 齿宽b根据齿轮强度或结构要求确定
【学生】聆听、思考、理解 五、齿轮的结构形式与材料 【教师】新知讲解 1．齿轮的结构形式 一般都由轮缘、轮辐和轮毂等组成。齿轮常见的结构形式有齿轮轴、实心式、腹板式和轮辐式，它们的特点及适用范围（详见教材 表4-8）。 【学生】聆听、思考、理解 【教师】新知讲解 2．齿轮的材料 齿轮的材料应满足以下要求： ① 齿面具有较高的硬度，以抵抗齿面的磨损、胶合及塑性变形； ② 齿心部位具有足够的韧性，以抵抗冲击载荷； ③ 具有良好的加工工艺性，以获得良好的表面质量和加工精度。 齿轮常用的材料有锻钢、铸钢、铸铁以及非金属材料等。为提高齿轮材料的力学性能，还需要对齿轮进行适当的热处理。 1）锻钢 锻钢具有强度高、韧性好、便于制造等特点，还可通过多种热处理方法来改善力学性能，因此大多数齿轮都采用锻钢制造。 软齿面齿轮：常用的材料有中碳钢（如45钢、40钢等）和合金调质钢（如40Cr、35SiMn等）。这类齿轮制造工艺简单、成本低廉，广泛应用于一般的机械传动。 硬齿面齿轮：常用的材料有合金渗碳钢（如20Cr、20CrMnTi等）和合金调质钢（如40Cr、35SiMn等）。这类齿轮制造工艺复杂、成本较高，常用于精密、高速、重载的机械传动。 2）铸钢 对于直径大于400 mm、结构复杂且受力较大的齿轮，可采用ZG270-500、ZG340-640等铸钢材料。铸钢制造的齿轮内应力较大，在精加工前需要进行正火或回火热处理。 3）铸铁 铸铁齿轮常用的材料有HT200、QT600-3等，其内部的石墨具有自润滑作用，但抗弯强度和抗冲击能力较差，常用于低速轻载、冲击小和不重要的齿轮传动。 4）非金属材料 对于高速、轻载及精度不高的齿轮传动，为了减少噪声，常用塑料、尼龙、夹布胶木等非金属材料制造。 【学生】聆听、思考、理解 六、齿轮的传动维护 【教师】新知讲解 1．齿轮的失效形式 齿轮在工作时，其轮齿既要承受法向的压力，又要承受切向的摩擦力，因此齿轮的失效主要是指轮齿的失效。常见的齿轮失效形式有轮齿折断和齿面损伤，其中齿面损伤又可分为齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形等。 【学生】聆听、思考、理解 【课堂互动】 【教师】提出问题让学生思考、讨论，并随机抽取学生回答 齿轮传动的失效形式有哪些？这些失效形式有何区别？ 【学生】聆听、思考、讨论、回答 【教师】总结学生回答：（详见教材 表4-9） 【教师】新知讲解 2．齿轮传动的润滑 为减少轮齿啮合时齿面间的摩擦和磨损，加强散热并延长齿轮的使用寿命，需要对齿轮传动进行必要的润滑。 齿轮传动主要通过润滑油进行润滑，其润滑方式很多，通常根据齿轮传动的工作条件和圆周速度进行选择。其中，开式及半开式齿轮传动通常采用人工定期添加润滑油的方式进行润滑；闭式齿轮传动常用的润滑方式有浸油润滑、溅油润滑和喷油润滑等，（详见教材 表4-10）。 【学生】聆听、思考、理解 通过教师讲解、课堂互动、举例分析等教学方式，帮助学生掌握斜齿圆柱齿轮传动的特点，斜齿圆柱齿轮的基本参数，标准斜齿圆柱齿轮几何尺寸的计算，直齿圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸计算，齿轮的结构形式和材料，齿轮传动的维护等相关知识
任务实施
（15 min） 【教师】组织学生以小组为单位根据表格中的要求，计算下图齿轮的模数m，并填写“任务工单4.2” 如图所示为该齿轮的测量示意图，用游标卡尺测量跨2个齿和跨3个齿的齿廓距离分别为和。 【学生】观察、思考、分组讨论、填写任务工单 【教师】根据各组学生的表现进行评价，并填写任务工单中的考核评价表 【学生】结合自身表现和教师的评价，对本次任务进行总结 通过任务实施，加深对所学知识的理解，并将理论应用到实践中，做到学以致用
课堂小结
（3 min） 【教师】简要总结本节课的要点 本节课主要学习了齿轮传动的类型、特点及应用，齿轮传动的基本参数和工作原理，齿轮的结构形式和材料，齿轮传动的维护等内容。希望同学们能够通过本节课的学习，掌握齿轮传动的基本参数计算方法，为解决工程问题建立必要的基础。 【学生】总结回顾知识点 总结知识点，巩固学生对所学知识的理解
作业布置
（2 min） 【教师】布置课后作业 完成教材项目四“思考与练习”中与本课相关的题目 【学生】完成课后任务 通过课后作业复习巩固学到的知识，提高实际操作能力
教学反思 小组合作探究，在思考与讨论中能较好的发挥学生的主体地位，课堂气氛活跃，课堂效率较高。本节课不仅重视教学过程的导学制，还注重结果的验证，注重学生探究能力和分析问题的能力的培养，从课堂反应和习题反馈来看目标达成度较高。

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