齿轮传动受力分析

齿轮传动的受力分析教学案例设计者：朱根东高邮市菱塘民族中等专业学校说课要领教学目标重点难点教材分析学情分析教学策略教学构思教材分析本部分内容在历年的单招考试中都是必考内容：1、2003年斜齿轮与蜗杆传动综合分析10分；2、2004年锥齿轮传动分析6分；3、2005年斜齿轮与蜗杆传动综合分析14分；4、2006年计算题斜齿轮与蜗杆传动计算综合8分；5、2007年斜齿轮与锥齿轮综合分析12分；6、2008年齿轮传动和螺旋传动综合19分。根据上述分析，结合考纲的要求，我们应该认为本部分内容是重点内容，是必考内容。考试主要以问答和综合题的形式出现，有的时候也以判断题、选择题和填空题的形式出现，但不管怎样变化，知识点是不变的。但尽管这样，在考试中往往得分率不高。学情分析本节内容如果对初学者而言，不具备一定的力学基础的话，教学过程中肯定会出现较大的难度，因为这些齿轮传动的受力分析，除了直齿圆柱齿轮传动的受力分析是平面力系，分析起来较为简单，而斜齿圆柱齿轮传动、锥齿轮传动和蜗杆传动的受力分解则为空间力系，这需要较强的空间分析能力和抽象思维，所以教学前要有所准备。但是如果作为复习课来讲的话，学生在其他课程已经接触到力学基础，那么这个时候教学，学生应该能够很快接受，教学起来就会得心应手。教学目标知识目标：1、理解齿轮传动方向；2、掌握齿轮传动受力情况；3、蜗杆传动分析。能力目标：1、齿轮传动的方向判别；2、齿轮传动的受力分析；3、综合应用。情感目标：1、认真学习的态度；2、严谨负责的态度；3、科学分析的态度。重点难点1、教学重点：①齿轮传动受力分析的方法（如：右手定则判旋向，左右手定则判手里方向）；②齿轮传动受力分析的方向判定和计算。2、教学难点：①斜齿圆柱齿轮传动、蜗杆传动的受力方向的判定；②多级混合齿轮（斜—斜、斜—锥、斜—蜗、锥—蜗等）传动的综合受力分析。教学策略1、教法设计：在教学过程中，充分运用任务驱动法、案例分析法、综合训练法等教学方法，经过“知识分析—知识归纳—知识运用—案例综析”，通过讲解练习，学生能正确掌握各种齿轮传动受力方向的判定方法，能够熟练地进行综合受力分析。2、学法指导：本节课教师不仅要在新课教学中指导学生运用仔细观察、分析讨论的学习方法，还要在思考练习和拓展性训练中巡回指导，着重培养学生的动手实践能力，使学生的学习过程成为在教师指导下的“再创造”过程。教学构思及过程整个教学过程着重以任务驱动的方式进行：任务一：各种齿轮传动受力分析（知识分析）任务二：各种齿轮传动受力分析比较（知识归纳）任务三：综合分析（知识应用）任务四：实例讲解（案例综析）任务一：各种齿轮传动受力分析（知识分析）主动轮上的圆周力Ft与其速度方向相反；从动轮上的圆周力Ft与其速度方向相同，径向力指向各轮的轮心。n2n1主动从动Ft1Ft2Fr1Fr2Ft1Ft2n1n2从动主动Fr2Fr1O2O11、直齿圆柱齿轮传动11111t12dTFcostann1r1tFFtant1x1FF说明：由于Fx∝tanb,为了不使轴承承受的轴向力过大,螺旋角b不宜选得过大，常在b=8º～20º之间选择。2、斜齿圆柱齿轮传动的受力分析圆周力径向力轴向力n1主动从动n2Ft1Ft2n1n2从动主动Fr2Fr1Fx1Fx2O2O1Fx1Fx2Ft1Ft2Fr、Ft的判定与直齿轮相同;轴向力Fx1用左右判定法则判断,从动轮Fx2与其相反。轮齿受力分析模型如下图：Fn可分解为圆周力Ft1，径向力Fr1和轴向力Fx1三个分力。各分力计算公式：costancos'111trFFF1111sintansin'txFFF1m1t12dTF3、直齿锥齿轮传动n1n2Fr1Fr2Fx1Fx2主动从动Ft1Ft2O径向力、圆周力判定方法和直齿圆柱齿轮相同；轴向力Fx的方向总是由锥齿轮的小端指向大端。4、蜗轮蜗杆传动蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮相似，轮齿的法向力Fn分解出径向力Fr、周向力Ft、轴向力Fx。x211t12FdTFt2x1FFr2r1FFtan2r2tFF2222dTFt各力的计算如下：n1Fx1n2n1Fr1Fr1Ft2Ft1Fx2Fr1Fr1n21221在分析蜗杆和蜗轮受力方向时，必须先指明主动轮和从动轮（一般蜗杆为主动轮）；蜗杆或蜗轮的螺旋方向：左旋或右旋；蜗杆的转向和位置。蜗杆与蜗轮轮齿上各方向判断如下：①圆周力的方向：主动轮圆周力与其节点速度方向相反，从动轮圆周力与其节点速度方向相同；②径向力的方向：由啮合点分别指向各自轴心；③轴向力的方向：蜗杆主动时，蜗杆轴向力的方向由“主动轮左、右手定则”判断，即右旋蜗杆用右手（左旋用左手），四指顺着蜗杆转动方向弯曲，大拇指指向即蜗杆轴向力的方向。蜗轮轴向力的方向与蜗杆圆周力方向相反。任务二：各种齿轮传动受力分析比较（知识归纳）传动类型分力关系分力判定方法径向力（Fr）周向力（Ft）轴向力（Fa）直齿圆柱齿轮Ft1=-Ft2Fr1=-Fr2由接触点指向轮心对主动轮来说是阻力，其方向与主动轮的运动方向相反；对从动轮来说是动力，其方向与从动轮运动方向相同。无斜齿圆柱齿轮Ft1=-Ft2Fr1=-Fr2Fa1=-Fa2主动轮的左（右）手定则直齿圆锥齿轮Ft1=-Ft2Fr1=-Fa2Fa1=-Fr2由接触点指向大端或Fr1=-Fa2Fa1=-Fr2蜗杆蜗轮Ft1=-Fa2Fr1=-Fr2Fa1=-Ft2Ft1=-Fa2Fa1=-Ft21、斜—斜齿轮传动的受力分析中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反，减轻中间轴和轴承的受力。输入轴输出轴中间轴n1n2n3Fx1Fx21234Fx323n3任务三：综合分析（知识应用）2、锥—斜齿轮传动的受力分析中间轴上两个齿轮的轴向力方向相反，减轻中间轴和轴承的受力。n3输入轴n1Fx2234Fx33中间轴n21任务四：实例讲解（案例综析）2008单招理论第57题：题图所示为一机械传动方案，Ⅰ轴为输入轴，按图中箭头所示方向转动。已知：Z1=Z2=Z3=30，Z4=Z12=20，Z5=Z8=40，Z6=Z7=Z9=Z11=60，Z10=80，Z1、Z2和Z3为直齿圆锥齿轮，Z4、Z6为斜齿轮，Z12为标准直齿圆柱齿轮。分析该传动方案，回答下列问题：（第1~6小题每空1分，第7、8小题每空2分）。（1）图中Z1、Z2和Z3构成_________机构。Z2所受的周向力________（垂直纸面向里、垂直纸面向外）。（2）齿轮Z1和Z2的啮合条件为_________和_________。（3）如图所示状态下，螺母的移动方向为______，齿条的运动方向为______。（4）该传动系统中，齿条向左运动的速度有_____种。齿条快速运动时，该系统的传动比是______。（5）为了使Ⅱ轴上的轴向力尽可能小，齿轮Z6的旋向为，Z6产生的轴向力方向为。（6）若该传动系统在结构上要求Ⅲ轴和Ⅳ轴的中心距为102mm，齿轮Z5的模数为2mm。则Z5和Z7这对齿轮传动应为（高度变位、正角度变位、负角度变位）齿轮传动。此时的啮合角（大于、小于、等于）分度圆上齿形角，Z7的齿廓形状为。（7）齿轮Z12的齿顶圆直径da12=mm，齿根圆直径df12=mm。（8）如图所示状态下，螺母移动1mm，齿条移动的距离为mm。