《机械设计基础》教案 第12课 设计直齿圆柱齿轮传动.docx

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课题

设计直齿圆柱齿轮传动

课时

2课时（90min）

教学目标

知识技能目标：

（1）掌握齿轮传动的失效形式和设计计算准则，了解齿轮精度等级的选择。

（2）掌握直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析和计算载荷。

（3）掌握直齿圆柱齿轮传动的强度计算、设计步骤，以及设计中主要参数的选择。

素质目标：

通过学习齿轮传动的设计计算准则，明白在个人成长过程中，只有善于发现自身的薄弱点，才能及时采取措施予以完善。

教学重难点

教学重点：齿轮传动的失效形式和设计计算准则，齿轮精度等级的选择，直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析、计算载荷、强度计算、设计步骤，以及设计中主要参数的选择

教学难点：直齿圆柱齿轮轮齿的设计步骤，以及设计中主要参数的选择

教学方法

多媒体展示法、问答法、讨论法、讲授法、练习法

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（2min）→任务引入（5min）→传授新知（28min）→实践探索（10min）

第2节课：问题引入（3min）→传授新知（22min）→实践探索（15min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）

教学过程

主要教学内容及步骤

设计意图

第一节课

考勤

（2min）

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况

任务引入

（5min）

【教师】讲述“任务引入”的相关内容

通过学习齿轮传动的基础知识，小王了解到直齿圆柱齿轮传动是一种常见的齿轮传动。这种齿轮传动具有设计简单、易于制造、传动效率高、使用寿命长等优点，因此广泛应用于搅拌机、洗衣机、汽车等机械中。那么，该如何设计直齿圆柱齿轮传动呢？

【学生】聆听、思考

借助任务引入，激发学生学习兴趣，使学生明确学习目的，端正学习态度

传授新知

（28min）

【教师】讲解新知

一、齿轮传动的失效形式

齿轮传动的失效形式主要有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合和齿面塑性变形等。

（一）轮齿折断

【教师】提出问题，随机邀请学生回答

造成轮齿折断的原因有哪些？轮齿折断会带来什么不利影响？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答，讲解新知

根据断齿的原因和加载状态，轮齿折断可分为疲劳折断和过载折断。

疲劳折断是指轮齿在过高的交变应力的多次作用下，在危险截面处产生疲劳裂纹并不断扩展，使轮齿剩余截面上的应力超过极限应力，从而引起的瞬时折断。为了防止过早产生疲劳裂纹，应选取适当的齿轮材料并严格控制工艺质量；为了抑制疲劳裂纹的扩展，可以在齿根受拉侧进行喷丸处理，从而产生局部残余压应力。

过载折断通常是指由短时、意外的严重过载所引起的突然折断。过载折断一般是对实际载荷估计不足所致，可以采取过载警报、加装安全装置等措施进行防治。

（二）齿面点蚀

齿面点蚀是指由于疲劳而产生的麻点状剥蚀损伤现象，首先出现在靠近节线的齿根面上。齿面点蚀会使齿轮传动产生振动和噪声。为了防止出现齿面点蚀，可采取提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、选用黏度较大的润滑油和适当的添加剂等措施。

（三）齿面磨损

齿面磨损是指在齿轮啮合过程中，齿轮接触面上的材料不断摩擦损耗的现象。灰尘、金属微粒等进入齿面间，或齿面间相对滑动摩擦都会引起齿面磨损。严重的齿面磨损将使轮齿失去正确的齿形、齿侧间隙增大，从而产生振动和噪声，严重时甚至导致轮齿折断。

齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式。为了减少齿面磨损，可采取闭式齿轮传动、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、选用清洁润滑油等措施。

（四）齿面胶合

高速、重载时散热不好，或低速、重载时压力过大，都可能使润滑油的油膜遭到破坏，从而引起齿面胶合。

若发生齿面胶合，齿廓形状将改变，致使齿轮不能正常工作。为了防止发生齿面胶合，可以采取提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、选用抗胶合能力强的润滑油等措施。

（五）齿面塑性变形

低速、重载传动时，若轮齿齿面硬度较低，在齿面间作用力过大的情况下，啮合轮齿的齿面表层材料就会沿着摩擦力方向产生塑性流动，这种现象称为齿面塑性变形。齿面塑性变形可分为滚压塑变和锤击塑变，前者是由啮合轮齿的相互滚压与滑动引起的，后者是由齿面所受冲击力过大引起的。

为了防止发生齿面塑性变形，可以采取提高齿面硬度、选用黏度较大的润滑油、避免频繁启动和严重过载等措施。

【教师】展示“齿轮的失效形式”图片（详见教材），组织课堂活动

判断图片中齿轮的失效形式。

【学生】观察、聆听、思考、回答

【教师】总结学生回答，讲解新知

二、齿轮传动的设计计算准则

在设计齿轮传动时，应根据具体的工作条件分析可能发生的主要失效形式，以确定相应的设计计算准则。

（1）对于闭式软齿面齿轮传动，其主要失效形式是齿面点蚀，故应按