汽车机械基础 单元5-齿轮传动电子教案

授课教案课题单元五齿轮传动课题一齿轮传动的类型及特点班级授课日期年月日星期目的与要求了解齿轮传动的特点、分类会计算齿轮传动的传动比能认识汽车中使用的各种齿轮，能独立完成齿轮的场合选用，并能分析计算传动比。4.通过引导学生合作探究各种类型齿轮传动，培养学生科学探究和协调工作能力和严肃认真的工作态度。重点1.掌握齿轮传动的特点、分类。2．会计算齿轮传动的传动比。难点能认识汽车中使用的各种齿轮，能独立完成齿轮的场合选用，并能分析计算传动比。授课方式课堂教具课件演示教学过程设计课题一齿轮传动的类型级特点（2学时）一、齿轮传动类型（1学时）二、齿轮传动的特点（0.5学时）三、齿轮传动传动比（0.5学时）教学过程学习单元五齿轮传动【导语】齿轮传动是一种最重要、应用最广泛的机械传动形式，在汽车中的应用也非常多。汽车的变速器、分动器、主减速器、差速器就由齿轮组合而成的。没有齿轮汽车就无法实现动力传递、变速与变向的功能。课题一齿轮传动的类型及特点一、齿轮传动的常用类型1.齿轮传动是利用齿轮副来传递运动或动力的一种机械传动。2.齿轮传动的种类很多，可按不同的方法进行分类，一般按一对齿轮齿轮两轴线的相对位置分为平行轴齿轮传动、相交轴齿轮传动和交错轴齿轮传动三种。分类方法类型图例应用两轴平行按轮齿方向分直齿圆柱齿轮传动适用于圆周速度较低的传动，尤其适用于变速箱的换挡齿轮斜齿圆柱齿轮传动适用于圆周速度较高、载荷较大且要求结构紧凑的场合人字齿圆柱齿轮传动适用于载荷大且要求传动平稳的场合两轴平行按啮合情况分外啮合传动适用于圆周速度较低的传动，尤其适用于变速箱的换挡齿轮内啮合传动适用于结构要求紧凑且效率较高的场合齿轮齿条传动适用于将连续转动变换为往复移动的场合两轴不平行相交轴齿轮传动锥齿轮传动直齿锥齿轮传动适用于圆周速度较低、载荷小而稳定的场合斜齿锥齿轮传动运转平稳，承载能力较高，但由于加工困难，应用较少。曲齿锥齿轮传动适用于承载能力大、传动平稳、噪声小的场合交错轴齿轮传动交错轴斜齿轮传动适用于圆周速度较低、载荷小的场合蜗轮蜗杆传动适用于传动比较大，且要求结构紧凑的场合准双曲面齿轮接触区域较大，滑动速度较小，工作平稳性好，齿轮的弯曲强度和接触强度更高，轴线可以相对从动轮轴线偏移二、齿轮传动的特点1.效率高在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高。如一级圆柱齿轮传动的效率可达99％。2.结构紧凑在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。3.工作可靠、寿命长设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。4.传动比稳定齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合;低精度齿轮在传动时会产生噪声和振动。三、齿轮传动的传动比【作业】课后习题p75-76一、1三、6.7.8授课教案课题课题二渐开线齿廓班级授课日期年月日星期目的与要求1.了解渐开线齿廓的形成及性质2.了解渐开线齿廓啮合特点3.能画出渐开线齿廓。重点渐开线齿廓的形成及性质难点能画出渐开线齿廓授课方式课堂教具课件演示教学过程设计课题二渐开线齿廓（2学时）渐开线齿廓的形成（0.5学时）画渐开线（0.5学时）三、渐开线齿廓的性质（0.5学时）四、渐开线齿廓啮合特点（0.5学时）教学过程课题二渐开线齿廓一、渐开线齿廓的形成及性质常见的齿轮轮廓曲线有：渐开线齿轮、摆线齿轮、圆弧齿轮等。这些齿轮齿廓曲线类型中，目前最常用的是渐开线齿轮。渐开线齿轮摆线齿轮圆弧齿轮1．渐开线的形成动直线AB沿着一固定的圆作纯滚动时，此动直线上任一点K的运动轨迹CK称为渐开线，该圆称为渐开线的基圆，其半径以rb表示，直线称为渐开线的发生线。以同一个基圆上产生的两条反向渐开线为齿廓的齿轮称为渐开线齿轮。渐开线齿轮的每对啮合轮齿在任何一点啮合时，都能保持两齿轮的传动比恒定，使齿轮传动平稳可靠。所以目前绝大多数齿轮采用渐开线齿廓。2．渐开线的性质（1）发生线沿基圆上滚过的线段长度NK等于基圆上被滚过的弧长NC；（2）渐开线上任意一点的法线必定与基圆相切；（3）渐开线的形状取决于基圆的大小；基圆越大，渐开线越平直；如图5-2-3。（4）渐开线上各点的曲率半径不相等；离基圆越远，则曲率半径越大，渐开线越趋于平直；（5）渐开线上各点处的齿形角不相等。（6）基圆内无渐开线。二、渐开线齿廓啮合的特点图为一对齿轮的两渐开线齿廓在K点相接触。由渐开线的性质可知，过K点作两齿廓的公法线N1N2必同时与两基圆相切，即N1N2线是两基圆的内公切线。因为基圆在同一方向的内公切线仅有一条，所以无论两齿廓在何处接触，过接触点所作两齿廓的公法线都一定和N1N2相重合。在齿轮传动过程中，两基圆的大小及位置均不变，所以公法线N1N2与连心线O1O2的交点C为一定点，故渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律。基圆的公切线是一条定直线，与连心线只能交于固定点C，因此能实现传动比恒定的传动。渐开线齿轮的传动比渐开线齿轮的传动比等于节圆半径的反比，也等于基圆半径的反比。啮合点一定在公切线N1N2上移动，N1N2称为啮合线。过节点作的圆称为节圆,一对齿轮啮合时才出现节圆,单个齿轮没有节圆,也就不存在节点。一对齿轮传动时，相当于它的一对节圆作纯滚动。【作业】课后习题一、4.5二、1.2.3.三2.四1（1）授课教案课题课题三渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算班级授课日期年月日星期目的与要求1.了解直齿轮各部分的名称、主要参数2.掌握计算直齿轮的基本尺寸的方法并能查阅有关技术资料，并能计算直齿轮的基本尺寸3.熟悉齿轮常见失效形式并能判断分析齿轮的失效形式4.通过学习培养学生规范意识和标准意识，高度的责任感和一丝不苟的工作作风。重点1.了解直齿轮各部分的名称、主要参数2.掌握计算直齿轮的基本尺寸的方法，并能计算直齿轮的基本尺寸3.熟悉齿轮常见失效形式难点1.计算直齿轮的基本尺寸2.能判断分析齿轮的失效形式授课方式课堂教具课件演示教学过程设计课题三渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算（4学时）一、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及代号（1学时）渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数（1学时）渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算（1学时）渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件和连续传动条件（0.5学时）齿轮传动的失效形式（0.5学时）教学过程课题三渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算一、渐开线标准直齿圆柱齿轮各部分名称及代号名称符号定义齿顶圆直径在圆柱齿轮上，其齿顶所确定的圆称为齿顶圆。齿根圆直径在圆柱齿轮上，其各齿槽底部所确定的圆称为齿根圆。分度圆d这是圆柱齿轮选定的设计齿轮的基准圆，是一假想曲面，标准齿轮在该圆上的轮齿齿厚和齿槽宽相等。齿距P在齿轮上，两个相邻而同侧的端面齿廓之间的分度圆弧长，称为齿距。齿厚s一个齿的两侧端面齿廓之间的分度圆弧长，称为齿厚。齿槽宽e一个齿槽的两侧齿廓之间的分度圆弧长，称为齿槽宽。齿顶高齿顶高是齿顶圆与分度圆之间的径向距离。齿根高齿根高为齿根圆与分度圆之间的径向距离。齿高h齿高为齿顶圆和齿根圆间的径向距离。二、渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数1.齿数一个齿轮的轮齿总数叫做齿数，用z表示。为使轮齿免于根切，对于的标准直齿圆柱齿轮应取z≥17。2.齿形角α在端平面上，通过端面齿廓上任意一点的径向直线与齿廓在该点的切线所夹的锐角称为齿形角，用α表示。渐开线齿廓上各点的齿形角不相等，离基圆越远齿形角越大。基圆上的齿形角α=0。对于渐开线齿轮，通常所说的齿形角是指分度圆上的齿形角。3.模数m模数是齿轮几何尺寸计算中最基本的一个参数。由齿距定义可知，pz＝πd，则分度圆的直径为：为了便于齿轮的设计、制造、测量及互换使用，人为地把规定为简单有理数并标准化，称为齿轮的模数，用m表示，其单位为mm，即：模数有如照像的放大倍数，模数愈大，则齿轮的尺寸就愈大，当然齿轮的强度也就愈大。4.齿顶高系数ha*对于标准齿轮，规定ha=ha*m。ha*称为齿顶高系数。我国标准规定：正常齿ha*＝1。5.顶隙系数c*当一对齿轮啮合时，为使一个齿轮的齿顶面不与另一个齿轮的齿槽底面相抵触，轮齿的齿根高应大于齿顶高，即应留有一定的径向间隙，称为顶隙，用c表示。对于标准齿轮，规定c＝c*m。c*称为顶隙系数。我国标准规定：正常齿c*＝0.25。三、渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算渐开线直齿圆柱齿轮各部分尺寸计算公式名称字母代号计算公式备注模数齿形角齿数mαz通过计算定出α=20°由传动比计算求得齿轮三要素齿距齿厚齿槽宽pSep=πmS=p/2=πm/2e=s=p/2=πm/2圆周方向四个参数齿顶高齿根高齿高齿顶隙hahfhcha=ha*m=mhf=（ha*+c*)m=1.25mh=ha+hf=2.25mc=c*m=0.25m齿轮径向四个参数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径ddadfd=mzda=d+2ha=m（z+2)df=d-2hf=m（z-2.5)三个直径中心距aa=d1/2+d2/2=m（z1+z2)/2一个中心距四、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合条件和连续传动条件1．渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件一对渐开线齿轮要正确啮合，各对轮齿依次正确啮合互不干涉，传动时不出现因两齿廓局部重叠或侧隙过大而引起的卡死或冲击现象产生，必须使两轮的基圆齿距相等，即必须满足条件pb1=pb2即πm1cosα1=πm2cosα2由于齿轮的模数和压力角都已标准化，所以两齿轮正确啮合条件为：（1）模数相等m1=m2（2）分度圆上的齿形角相等，α1=α22．渐开线齿轮连续传动条件要使齿轮连续传动，必须保证在前一对轮齿啮合点尚未移到B1点脱离啮合前，第二对轮齿能及时到达B2点进入啮合。显然两轮连续传动的条件为B1B2＞pb通常把实际啮合线长度与基圆齿距的比称为重合度，以ε表示，即理论上，ε=1就能保证连续传动，但由于齿轮的制造和安装误差以及传动中轮齿的变形等因素，必须使ε＞1。重合度的大小，表明同时参与啮合的轮齿对数的多少，其值大则传动平稳，每对轮齿承受的载荷也小，相对地提高了齿轮的承载能力。五、齿轮传动的失效形式齿轮传动过程中，若发生折断、齿面损坏等现象，齿轮失去了正常的工作能力，称为失效。齿轮传动的失效主要是轮齿的失效失效形式图例现象原因后果避免措施齿面点蚀常出现在润滑良好的闭式软齿面传动中。节线靠近齿根部位出现麻点状小坑齿面受多次交变应力作用，产生接触疲劳裂纹,裂纹逐渐扩展，使表层小块金属脱落，形成麻点和斑坑发生点蚀后，轮齿工作面被破坏，造成传动的不平稳和产生噪声合理选用齿轮参数，选择合适的材料及齿面硬度，减小表面粗糙度，选用粘度高的润滑油并采用适当的添加剂齿面胶合齿面沿滑动方向粘焊、撕脱，形成沟痕。高速和低速重载的齿轮传动容易发生齿面胶合轮齿在很大压力下，齿面上的润滑油被挤走，两齿面金属直接接触，产生局部高温，致使两齿面发生粘连。随着齿面相对滑动，较软轮齿表面金属会被熔焊在另一轮齿的齿面上，形成沟痕引起强烈的磨损和发热，传动不平稳，导致齿轮报废选用特殊的高黏度润滑油或在油中加入抗胶合的添加剂；选用不同的材料使两轮不易粘连；提高齿面硬度，降低齿面粗糙度，改进冷却条件等齿面磨损轮齿接触表面上的材料摩擦损耗不断减小。齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式接触的两齿面存在相对滑动使发生磨损，若加之润滑不良，轮齿表面粗糙或硬颗粒（灰尘、金属屑末等)落入齿面之间，齿面磨损加重正确齿形被破坏，引起噪声和系统振动；齿厚减薄、抗弯能力下降，可间接导致轮齿折断提高齿面硬度，减小表面粗糙度，采用合适的材料组合，改善润滑条件和工作条件等塑性变形主动轮沿着节线形成凹沟，从动轮沿着节线形成凸棱齿轮齿面较软时，重载情况下可使表层金属沿着相对滑动方向发生局部塑性流动，出现塑性变形若整个轮齿发生永久性变形，则齿轮传动丧失工作能力提高齿面硬度，采用黏度大的润滑油，尽量避免频繁启动和过载轮齿折断轮齿在传递动力时，齿根处受力最大，容易发生轮齿折断原因有两种:一种是受到严重冲击、短期过载而突然折断；另一种是轮齿长期工作后经过多次反复的弯曲，使齿根发生疲劳折断选择适当的模数和齿宽；采用合适的材料及热处理方法；齿根圆角不宜过小【作业】课后习题p75-78一、2.3.5二、.9.10.11三、3.4.9四1（2）（3）2（1）3.（1）（2）授课教案课题课题四其他齿轮传动简介班级授课日期年月日星期目的与要求1.了解其他齿轮的特点、应用2.了解斜齿圆柱齿轮传动的啮合特性3.能认识机械中使用的其他齿轮，并能分析特点4.通过对比学习各种齿轮的特点，能培养学生迅速接受新事物、探索新问题的能力和自我学习、自我提高的能力。重点1.掌握其他齿轮的特点、应用2.掌握斜齿圆柱齿轮传动的啮合特性难点能认识机械中使用的其他齿轮，并能分析特点授课方式课堂教具课件演示教学过程设计课题四其他齿轮传动简介（2学时）一、斜齿圆柱齿轮（1学时）二、直齿锥齿轮（0.5学时）三、齿轮齿条（0.5学时）教学过程课题四其他齿轮传动简介一、斜齿圆柱齿轮传动1．斜齿圆柱齿轮的形成斜齿轮齿廓形成原理与直齿齿轮相似，渐开线齿廓沿整个齿宽是一渐开面，而渐开面可以看作是与基圆柱轴线平行的直线段BB运动的轨迹。然而，对于斜齿轮而言，所不同的就是形成渐开线曲面的直线BB不再与基圆柱的轴线平行，而是与轴线倾斜了一个角度βb。这样当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线BB形成的一个螺旋形的渐开线曲面，称为渐开线螺旋面。βb称为基圆柱上的螺旋角。直齿齿轮斜齿齿轮2.斜齿圆柱齿轮传动的啮合特性（1）两轮齿同一端面进入啮合状态，接触线先由短变长，再由长变短，到另一端脱离啮合状态，重合度大，承载能力高，可用于大功率传动。（2）轮齿上的载荷逐渐增加。又逐渐卸掉，承载和卸载平稳，冲击、振动和噪声小。（3）由于轮齿倾斜，传动中会产生一个轴向力。不能用作滑移齿轮。（4）斜齿圆柱齿轮在高速、大功率传动中应用十分广泛。3．斜齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸由于斜齿圆柱齿轮轮齿齿面是螺旋面，所以在不同方向的截面上，其轮齿的齿形各不相同，这就需要讨论其端面和法面两种情形。端面：垂直于齿轮轴线的平面，用t作标记法面：与轮齿齿线垂直的平面，用n作标记。法面参数是标准值，但几何尺寸按端面参数进行计算（1）斜齿圆柱齿轮螺旋角β斜齿圆柱齿轮螺旋角β是指螺旋线与轴线的夹角。表示轮齿的倾斜程度。平时所说的螺旋角β均指分度圆上的螺旋角。β越大，轮齿倾斜程度越大，因而传动平稳性越好，但轴向力也越大，所以一般取β＝8°～30°，常用β＝8°～15°。（2）旋向斜齿圆柱齿轮轮齿的旋向分为左旋和右旋。其判别方法为：使斜齿轮轴线垂线放置，面对齿轮，轮齿的方向从左向右上升时为右旋斜齿轮；反之，从右向左上升时为左旋斜齿轮。（3)模数斜齿圆柱齿轮的模数分端面模数mt和法面模数mn，两者关系为mn=mtcosβ。法面模数mn是标准值，即mn=m。（4)齿形角斜齿圆柱齿轮的齿形角分端面齿形角αt和法面齿形角αn，并规定法面齿形角αn为标准值，即αn=α。4.斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件（1）斜齿圆柱齿轮用于平行轴传动时的正确啮合条件为：法面模数（法向齿距除以圆周率π所得的商）相等，即mn1=mn2=m（2）法面齿形角（法平面内，端面齿廓与分度圆交点处的齿形角）相等，即αn1=αn2=α（3）螺旋角相等、旋向相反，即β1=-β2二、直齿圆锥齿轮传动1．锥齿轮类型直齿圆锥齿轮是指轮齿分布在圆锥面上的齿轮。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿、曲齿三种类型。直齿锥齿轮，如图（a)所示。这种锥齿轮应用最为广泛。斜齿锥齿轮，如图（b)所示。因不易制造，故很少应用。圆弧齿锥齿轮，如图（c)所示。这种齿轮可用在高速、重载的场合，但需用专门的机床加工。汽车后桥主减速器和差速器都是锥齿轮传动的典型实例。2．直齿圆锥齿轮特点 （1）一般用于传递两相交轴之间的运动和动力。以两轴的交角Σ=90°的情况用的最多。（2）轮齿分布在一个截锥体上圆锥齿轮的轮齿是分布在一个截锥体上的。所以，相应于圆柱齿轮中的各有关“圆柱”，在这里都变成了“圆锥”，例如齿顶圆锥、分度圆锥、齿根圆锥等。（3）齿形由大端至小端逐渐变化。以齿轮大端参数为标准值直齿圆锥齿轮的加工和安装比较困难，而且锥齿轮传动中有一齿轮必须悬臂安装，这不仅使支撑复杂化，而且会降低齿轮啮合传动精度和承载能力。啮合时还会产生径向力和轴向力，选用轴承时要选用角接触轴承。因此，直齿锥齿轮传动一般用于轻载、低速的场合。3.直齿锥齿轮的正确啮合条件其齿轮副的轴交角＝90°。正确啮合条件为：（1）两齿轮的大端端面模数相等，即m1＝m2＝m。（2）两齿轮的齿形角相等，即α1＝α2＝α。三、齿轮齿条传动如齿轮的齿数Z增加时，分度圆也相应地增大，当Z增到无穷大时，齿轮上的基圆、分度圆、齿顶圆等各圆成为基线、分度线、齿顶等互相平行的直线，渐开线齿廓也变成直线齿廓。齿轮即演化成为齿条。1．分类常见的齿条有直齿条、斜齿条两种与齿轮相比，齿条的特点为：（1）因齿条的齿廓是直线，则齿廓上各点的法线是互相平行的。传动时，齿条作直线运动，齿廓上各点的速度大小及方向均一致。齿廓上各点的齿形角均相等，等于齿廓直线的倾斜角，为标准值α＝20°。（2）由于齿条上各齿的同侧齿廓互相平行，故不论在分度线上、齿顶线上，还是在与分度线平行的其他直线上，齿距均相等，为p＝πm。齿条分度圆上的齿厚和齿槽宽相等，齿条分度线是确定齿条各部分尺寸的基准线。【作业】课后习题p75-77二、7三、11四2（2）授课教案课题课题五蜗杆传动班级授课日期年月日星期目的与要求1．了解蜗杆传动的组成、特点、类型、应用2.了解蜗杆传动的基本参数和正确啮合条件3.会判断蜗轮回转方向4.能引导学生观察现象探索事物本质，培养学生爱岗敬业的工作品质和严谨认真的工作态度。重点1．了解蜗杆传动的组成、特点、类型、应用2.了解蜗杆传动的基本参数和正确啮合条件3.会判断蜗轮回转方向难点会判断蜗轮回转方向授课方式课堂教具课件演示教学过程设计课题五蜗杆传动（2学时）一、蜗杆传动概述（0.5学时）二、蜗杆传动的主要参数及啮合条件（0.5学时）三、蜗杆传动特点及应用（0.5学时）四、转动方向确定（0.5学时）教学过程课题五蜗杆传动一、蜗杆传动概述1．组成蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，常用于传递空间两垂直交错轴间的运动和动力。交错角一般为90°。传动中一般蜗杆是主动件，蜗轮是从动件。2．分类：按螺旋方向不同，蜗杆可分为左旋和右旋两种，一般多用右旋。按头数分为单头蜗杆和多头蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆；有两条以上螺旋线的称多头蜗杆。单头蜗杆传动的传动比可以较大，但效率较低，如要提高效率，应增加蜗杆头数，但蜗杆头数过多，又会给加工带来困难。通常蜗杆的头数取为1、2、4、6。根据蜗杆的形状不同，蜗杆传动主要有圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动。圆柱面蜗杆传动又有阿基米德蜗杆、法向延伸渐开线蜗杆和渐开线蜗杆传动三种。其中阿基米德蜗杆应用最为广泛。二、蜗杆传动的主要参数及啮合条件1．蜗杆传动的参数（1）模数m蜗杆的模数指轴向模数，其大小等于蜗杆的轴向齿距与圆周率之商,即蜗轮的模数指端面模数，其大小等于蜗轮的分度圆齿距与圆周率之商，即：蜗轮的端面模数等于其配对蜗杆的轴向模数。表5-5-1蜗杆模数值第一系列1,1.25,1.6,2,2.5,3.15,4,5,6.3,8,10,12.5,16,20,25,31.5,40第二系列1.5,3,3.5,4.5,5.5,6,7,12,14（2）蜗杆分度圆柱导程角γ圆柱蜗杆的分度圆柱螺旋线上的切线与端平面间之间所夹的锐角。导程角的大小直接影响蜗杆的传动效率，导程角大则传动效率高，但自锁性差。（3）蜗杆的分度圆直径d1和蜗杆直径系数q