课    题：齿轮传动

教学目标：

本讲的教学目标是掌握齿轮传动的类型与特点、标准直齿圆柱齿轮的结构，了解渐开线齿廓啮合特性、啮合传动，齿轮的加工方法、根切现象以及齿轮传动的设计。

重点与难点

本节的重点是掌握齿轮传动的类型与特点、标准直齿圆柱齿轮的结构。难点是了解渐开线齿廓啮合特性、啮合传动，齿轮的加工方法、根切现象以及齿轮传动的设计。

教学设计：

    1.   齿轮传动的类型与特点：简单介绍齿轮传动的优缺点及常见的几种齿轮传动类型。

2.   渐开线齿廓啮合特性：介绍渐开线的形成及特性和渐开线齿廓的啮合特性。

3.   渐开线标准直齿圆柱齿轮的结构：重点讲解直齿圆柱齿轮的参数及其几何尺寸计算。

4.   渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动：重点讲解一对直齿圆柱齿轮的啮合条件、标准中心距及连续传动的条件。

5.   渐开线直齿圆柱齿轮的加工方法与根切现象：主要内容有齿轮的加工方法、根切现象和最小齿数、变位齿轮的引入。

6.   齿轮传动的设计：主要说明齿轮传动的失效形式、齿轮常用的材料和热处理方式以及齿轮润滑问题。

教学方法和教学手段：

采用启发式教学、案例教学等教学方法。教学手段采用多媒体课件、虚拟现实、视频等媒体技术。教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。

多媒体教学资源：

课前准备：

网上搜集各种类型齿轮传动的动画或视频，并将课程教材和收集的资料用PowerPoint制作成演示文档。

教学过程和组织：

Ø 1. 齿轮传动的特点及类型【重点】

（1）齿轮传动的特点

优点：①适用的圆周速度和功率范围广；

      ②传动比恒定；

      ③能实现两轴平行、相交和交错的传动；

      ④结构紧凑，效率高；

      ⑤工作可靠，寿命长。

缺点：制造和安装精度要求高，成本高；不宜远距离传动。

（2）齿轮传动的类型

① 根据传动轴的几何特性分为两轴线相互平行（如圆柱齿轮传动）、两轴线相交（圆锥齿轮传动）和两轴线相错的齿轮传动（如螺旋齿轮传动）。

② 根据轮齿类型，分为直齿轮、斜齿轮及人字齿轮传动。

③ 根据两齿轮啮合方式分类，分为外啮合齿轮传动、内啮合齿轮传动和齿轮齿条传动。

④ 根据工作条件分类，可分为开式齿轮传动、闭式齿轮传动。

⑤ 根据齿面硬度，分为软齿面齿轮、硬齿面齿轮。

⑥ 根据齿轮齿廓曲线形状分类，可分为渐开线齿轮传动、摆线齿轮传动和圆弧齿轮传动。

Ø 2. 渐开线齿廓啮合特性及标准直齿圆柱齿轮的参数【难点】

（1）渐开线的形成及特性

① 渐开线的形成

② 渐开线的特性

l 发生线沿基圆滚过的长度，等于该基圆上被滚过的圆弧长度。

l 渐开线上任一点的法线切于基圆。

l 渐开线形状取决于基圆大小。

l 基圆内无渐开线。

（2）渐开线齿廓的啮合特性

一对具有渐开线齿廓齿轮的啮合传动，是依靠主动齿轮的齿廓推动从动齿轮的齿廓实现的。

② 中心距可分性

渐开线齿轮的传动比等于两轮基圆半径的反比，为一常数。安装时若中心距略有变化不会改变传动比大小，此特性称为中心距可分性。

③ 啮合角不变

齿轮传动啮合角不变，正压力的大小也不变。因此，传动过程比较平稳。

Ø 3. 渐开线标准直齿圆柱齿轮的结构【重点】

（1）渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分的名称、符号及主要参数

由于渐开线齿廓具有可分性，两轮中心距略大于正确安装中心距时仍能保持瞬时传动比恒定不变，但齿侧出现间隙，反转时会有冲击。

（3）渐开线齿轮连续传动的条件

为保证齿轮能连续传动，必须使得前一对轮齿尚未脱离啮合时，后一对轮齿进入啮合，

重合度越大，表示同时参与啮合的轮齿对数越多，每对齿分担的载荷就越小，运动越平稳。

Ø 5. 渐开线直齿圆柱齿轮的加工方法与根切现象【难点】

（1）渐开线齿轮的加工方法

齿轮的加工最常用的方法是切削加工。根据切削齿廓的原理不同，可分为仿形法和范成法。

仿形法是在普通铣床上用轴向剖面形状与被切齿轮齿槽形状完全相同的铣刀切制齿轮的方法，其刀具有盘状铣刀和指状铣刀。

Ø 6. 齿轮传动的设计【难点】

（1）齿轮的失效形式及设计准则

① 轮齿折断

主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用。      

                                   图5- 34轮齿折断

② 齿面磨损

在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现不同的磨损形式。

③ 齿面点蚀

点蚀就是齿面材料变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。

④ 齿面胶合

对于高速重载的齿轮传动，齿面间的压力大，瞬间温度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘在一起的现象，由于此时两齿面又在作相对滑动，相粘结的部位即被撕破，于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕，称为胶合。传动时齿面瞬时温度愈高、相对滑动速度愈大的地方，愈易发生胶合。

⑤ 齿面塑性变形

塑性变形属于轮齿永久变形一大类的失效形式，它是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。

（2）齿轮常用的材料及热处理

由轮齿的失效分析可知，齿轮材料的基本要求齿面硬、齿芯韧。

①齿面硬度<350HBS，常用优质碳素钢和合金结构钢，进行调质或正火处理。这种齿轮适用于强度、精度要求不高的场合，轮坯经过热处理后进行插齿或滚齿加工，生产便利、成本较低。

②为使两齿轮的轮齿接近等强度，小齿轮的齿面要比大齿轮的齿面硬一些。硬齿面齿轮的齿面硬度大于350HBS，常用的材料为优质碳素钢和合金结构钢经表面淬火处理。

③当齿轮的尺寸较大(d ≥ 500mm)而不便于锻造时，可用铸造方法制成铸钢齿坯，再进行正火处理以细化晶粒。
       ④低速、轻载场合的齿轮可以制成铸铁齿坯。当尺寸大于500mmm时可制成大齿圈，或制成轮辐式齿轮。