齿轮教学设计

齿轮教学设计（推荐8篇）

齿轮教学设计 篇1

【教学目标】

1、在做齿轮的过程中，体验合作与交流的愉快，提高发现问题，解决问题的能力。

2、在研究齿轮作用的过程中，学会设计和制定实验方案，并养成做好实验记录的习惯。

3、探究齿轮这种简单机械的作用，了解使用齿轮能传递动力、改变力的方向及改变转动速度。【实验器材】

玻璃板 小刀（大小两种型号）

胡萝卜 泡沫板 牙签 机械实验盒 激光笔

即时帖

【活动过程】

一、提出问题：

师：这节课，老师给大家带来两个模型（出示齿轮的模型），是什么？ 生：齿轮

师：确切地说是齿轮的模型。

师：看来大家对齿轮并不陌生。说说看生活中哪些地方用到了齿轮？ 生：钟表里面有。

生：机器等。………… 师：还有没有？ …………

师：看来，齿轮在生活中的应用非常广泛。是的，它和杠杆、滑轮、斜面一样，常用于各种机器中。

二、猜想假设：

师：齿轮在机器中有什么作用呢？（稍停）大家可以猜一猜。生：

师：还有没有？

师：齿轮究竟有什么作用？同学们想不想知道？这节课我们就一起来研究研究。

三、制定方案

师：要想知道齿轮的作用，你们认为我们可以用哪些方法？ 生：查资料

生：做齿轮模型

生：做实验

生：找几个齿轮试试

师：大家想的这些方法都很好，但在这节课上，你认为应该选用哪种方法？ 生：做齿轮模型做实验 师：你们觉得这个方法可以么？ 生：可以。

师：要做实验，我们必须要有什么？ 生：齿轮。

师：好，我们就先动手做齿轮模型，再来研究齿轮的作用，可以吗？

四、探究活动 活动一：

师：同学们请看，这是老师课前用什么做的齿轮模型，怎么样？（稍停，让学生看清楚）老师也为你们每个小组准备了材料和工具，看看都有什么？ 生：汇报

师：其他小组都有这些材料吗？大家就用这些来制作齿轮模型，可以吗？ 生：可以。

师：你认为制作这样一个齿轮模型，大约需要多长时间？

生：5分钟。生：10分钟。

师：根据老师的经验，制作这样一个齿轮模型大约需要3分钟。这样吧，我给大家5分钟的时间，可不可以？ 生：可以。

师：请大家思考，在制作过程中应该注意什么？

生：不要让小刀割破手。（对，安全非常重要，在制作过程中还应该注意什么？）生：要在5分钟之内完成。生：要做的漂亮。

师：对，在制作过程中我们应该注意一安全，二质量，三在规定的时间内完成。师：做好后，可以用牙签固定在泡沫板上，为了方便，我们在玻璃板上操作。（稍停）准备好了吗？好，老师开始计时。（播放课件，计时开始）

学生制作，教师巡视指导，及时发现并提醒学生要注意的问题。师：请同学们注意了，还有一分钟，没做完的同学可要抓紧时间了。

师：好，时间到，请同学们把刀子和剩余的废料放进小盘里，看哪个小组整理的又快又好？ 生整理

同学们都很棒。现在，请同学们把你们的作品举起来，大家互相看一看，哪个小组做的漂亮？

学生出示自己的作品，展示。师：其实，大家做的都很漂亮。

师：可是能不能用它们来研究齿轮的作用呢，还需要检验一下。

师：请看这里，（出示示范）可以让齿轮互相咬合，转一转，看看在转动时有没有什么问题？为什么？（换另一页幻灯片，关掉表）生活动，并观察。

师：能不能转动？为什么？

生：

1、齿不均匀，没法转；

2、不是圆形，厚薄不一；

3、相邻的齿不能互相咬合。

4、转不动 5．齿容易断

6．我们的能转动一点 7．我们的能转

师：发现的问题还不少呢！

师：看来用这些齿轮研究齿轮的作用，还是有一定的差距的，既然这样，就请大家先把它们放回小盘里。师：根据刚才的研究，你认为能够正常工作的齿轮应该是什么样子的？

生：

1、齿要均匀；

2、是圆形；

3、相邻的齿互相咬合。

师：对，合格的齿轮只有是圆形的、并且齿要均匀，才能够很好地咬和在一起并能正常转动。哪些小组做的符合这些条件? 不符合这些条件的有哪些?把手举起来看一看。

师：没一个合格的？大家都非常诚实，真是一群可爱的孩子。实际上，制作齿轮，不是一件简单的事情，它的制作蕴含着很高的技术含量，就拿我们国家来说，一直到七十年代，才能批量生产标准的齿轮。今天大家能用这么短的时间制作并发现这么多的问题，已经很不简单了。为了方便同学们的研究，老师为你们准备了一些比较规范的的齿轮，（拿出齿轮 示范）今天，我们先借助它们来研究齿轮的作用，好不好？ 活动二：研究齿轮的作用

1、制定方案

师：下面老师就发给你们，请同学们先看一看，里面有几个齿轮？大小一样吗？

师发齿轮。

师：看清楚了？有几个齿轮呀? 大小一样吗？

师：老师为每个小组准备了6个齿轮且大小不一，你们小组打算怎样组合这些齿轮，研究齿轮的作用呢？小组内先讨论讨论，看哪个小组最先拿出实验方案。老师发放齿轮。学生边观察齿轮，边讨论研究方案。师：我们先不要动手去做，先讨论研究方法。

师：讨论好了吗？好，哪个小组先来汇报你们的研究方案？（生回答）生：我们小组准备把两个齿轮组合起来研究。（也许会有不同的发现，还有不同的组合方法吗？）

生：我们准备把三个齿轮组合起来研究。（这个方法可以，还有不同的方法吗？）生：我们准备把所有的齿轮都组合起来研究。（你们小组充分的利用资源，还有没有其他的方法？）

生：我们准备先用两个组合，再用3个、4个来研究。（这个想法很好）生：我们准备先观察齿轮，再组合研究。生：我们准备把一大一小两个齿轮组合起来研究。生：我们准备把大小不一的齿轮组合。

2、实验研究

师：同学们设计的方案都不错，下面，就按照你们小组的研究方案进行研究，可以两两组合，或者多个组合在泡沫板上进行研究，关键是看实验过程中的现象，并思考这种现象说明了什么?听明白了吗？把研究和发现记录下来，（师发记录单）咱们可要比一比，看哪个小组发现的多。开始。(切换投影)学生实验，教师巡视指导。

【师：你们小组是怎样研究的？发现了什么？

生：我们发现转动一个齿轮，与它咬和的齿轮都能转动。

师：这说明什么？你看，你们把力量施加在这个齿轮上，其他齿轮都能转动，其他齿轮转动的力量是从哪里来的？说明什么？ 生：传递力量。

师：你们小组发现了什么？

生：相咬和的两个齿轮转动方向不一样，是相反的。师：怎么个相反法？

生：你用手转动齿轮，让它自左向右转动，而与它相咬和的齿轮却是自右向左转动。

师：说明什么？转动方向发生改变，其实就是改变了什么？ 生：力的方向。

师：力的方向是通过谁改变的？ 生：齿轮。

师：也就是说齿轮有什么作用？ 生：齿轮能改变力的方向。

师：再多组装几个齿轮试试看，还能发现什么？

（目的是让这样的组发现当多个齿轮组合在一起时，相间隔的齿轮转动的方向是相同的。）

师：你们小组有什么发现？ 生：我们发现当大小齿轮组合时，他们转动的速度不一样。师：怎么个不一样法？ 生：小的转的快，大的转的慢。

师：也就是用同样的力，转动齿轮，会让小齿轮转动的快，也就是加快了小齿轮的转动速度，如果小齿轮带动大齿轮，会让大齿轮转的怎么？ 生：慢。

师：从这些情况看，齿轮有什么作用？ 生：改变速度。】

五、汇报交流：

师：研究好了吗？哪个小组先来说一说你们的研究发现。其他小组注意听。哪个小组先来？

生：我们发现当转动其中的一个齿轮时，其他齿轮也跟着转动，我们认为齿轮有传递力量的作用。

师：请你们到前面来，演示给大家看看。学生台前演示。

师：他们小组发现：当齿轮相互咬合时，转动其中的一个齿轮时，其他齿轮也跟着转动，说明齿轮有传递力量的作用。

师：其他小组有这样的发现吗？(第一个把力量传递给了第二个, 第二个又把力量传递给了第三个,那说明齿轮有什么作用?)生：

师：对于齿轮有传递力量的作用这个说法，你们同意吗？ 生：同意！

师：也就是说大家都认为齿轮有传递力量的作用？ 生：是！

师：还有其他的发现吗？

生：我们发现，两个相咬和的齿轮转动的方向是相反的。

师：这个发现可不得了，其他小组有这个发现吗？你告诉大家怎么个不一样法？演示给大家看一看。学生演示。（实物投影仪）生：用手转动齿轮，让它自左向右转动，而与它相咬和的齿轮却是自右向左转动。师：嗯，一个顺时针转，一个逆时针转，当我用力的这个齿轮顺时针转时，与它咬合的另一个齿轮则逆时针转，它们转动的方向不一样，这个齿轮的转动方向是通过谁改变的？

生：另一个齿轮。(在传递力量的同时,什么还发生了改变?)师：说明齿轮有什么作用？

生：齿轮有改变运动的方向的作用。

师：刚才的小组汇报的真好，其他小组还有不同的发现吗？

生：我们小组发现，当一大一小的两个齿轮组合在一起的时候，他们两个的转动速度不一样。

师：真是这样吗？上来做给大家看一看。生：

师：大家看清楚了吗？为了让大家看清楚，我们在小齿轮上做一个标记，大家仔细看，我转动大齿轮，当大齿轮转一圈时，小齿轮转几圈？这说明什么？ 生：速度不一样。师：谁快谁慢？ 生：

那么这个小齿轮的运动速度是谁改变的？同样的道理，如果我转动小齿轮，那么这个大齿轮的运动速度是谁改变的？ 生：

师：那说明齿轮有什么作用？ 生：

师：在相同力量的情况下,大的转的慢,小的转的快.到底是不是这样呢？我们一起来看一段录像。

放录像（这是正常工作的机器，请同学们仔细看）（借一个激光笔，）

师：通过录像我们发现确实是大齿轮转的慢，小齿轮转的快，齿轮确实有改变运动速度的作用。小结：

师：通过以上的研究，现在你知道齿轮有哪些作用了吗？ 生：

师：通过我们的研究，知道齿轮的作用有：传递力量、改变用力方向、改变运动速度。

六、拓展应用

师：知道了齿轮的作用，人们就是利用它的作用进行工作的，并不断地对齿轮进行改进、创新，研制出各种各样的齿轮，请看大屏幕,（播放录像）这些齿轮就应用在各种机器中，给人们的生活、生产带来方便。再看大屏幕： 师：这是大家都喜欢的四驱车，它里面就有什么？ 生：齿轮

师：对（播放课件），它就是靠齿轮来传动的。它应用的是齿轮的哪个作用？ 师：继续看，这是什么？ 生：自行车（山地车）

师：这么多大小不同的齿轮是干什么用的？ 生：可以改变速度。

师：它就是利用齿轮来改变速度的。

师：再看（播放课件，汽车变速器），这是什么？认识吗？ 师：这是汽车里的变速箱，请看这上面都是什么？ 生：齿轮

师：对，汽车就是靠这些齿轮来调整车速和方向的，你们说，汽车中的这部分齿轮应用的是齿轮的哪些作用。

师：（播放课件）这就是表中的齿轮，表针的转动就是齿轮带动的，请大家仔细思考，表里面的齿轮主要起什么作用？ 生：改变速度。

师：非常好，表针就是用大小不同的齿轮来控制速度的和传递力量的。师：日常生活中，哪些机器中还有齿轮呢？他们分别起什么作用呢？课下请同学们继续观察，下节课我们继续交流，可以吗？

柴胡店镇中心小学

齿轮教学设计 篇2

动车牵引齿轮箱是高速轨道车辆中的关键部件,运行过程中在高转速和恶劣的载荷工况及环境气候下,轮齿的变形很大,加上制造和安装等综合误差以及不同振型、频率组成的各阶振动的影响下,不可避免地会出现啮入啮出的冲击、速度波动等而导致的齿轮偏载、传递误差过大,从而降低了其承载能力和传动精度,增大了齿轮传动噪声,缩短了其使用寿命[1]。这就要求在设计齿轮参数时,必须满足其高可靠性、高安全性的要求。齿轮修形可以尽可能地使齿轮在受载变形后齿面压力分布均匀、减少偏载,同时齿轮在齿廓变形以后仍能保持运转平稳、减少啮入和啮出的冲击。

KISSsoft软件可对齿轮进行齿形和齿向修形,并且应用齿形修形中的线性齿形修形、渐开线齿形修形、齿形鼓状修形、压力角修形等方法,与齿向修形中的齿向鼓状修形、螺旋角修形、齿端修形等方法的不同组合,得到合理的修形曲线。修形之后,可根据齿轮强度在修形前后的变化来判断修形的好坏,同时也可以直观地比较齿轮修形前后传递误差和接触斑点的变化[2,3,4,5,6]。

本文以某动车牵引齿轮箱的传动装置为研究对象,阐述了在满足设计要求的情况下,应用KISSsoft软件通过筛选最优强度方案和修形参数优化,以改善齿面接触强度、齿根弯曲强度、齿面抗胶合能力,减小传递误差,减少功率损失,改善齿面载荷分布等综合传动性能指标。并以齿轮修形前后的强度安全系数、传动误差、接触温度和齿轮应力分布情况等作为评判指标来评定修形后的结果,实现齿轮参数优化设计。

1 齿轮参数的筛选和确定

某动车牵引齿轮箱结构由一级平行轴圆柱斜齿轮传动组成。齿轮箱输入轴通过联轴器与电机输出轴连接,齿轮箱输出轴与车轴过盈连接,箱体通过吊杆与构架连接。

KISSsoft软件根据已有的限制条件可以粗筛选和精筛选出多种设计方案,然后从多种方案中选出最优设计方案。其中齿轮强度计算按照ISO6336标准,根据运行工况进行疲劳强度计算。本文采用精筛选,根据设计要求传动比为2.433,因此设定限制条件为传动比固定为2.433,传动比误差为0.5%,其余设定值如表1所示。

通过计算筛选出57个符合条件的结果,如图1、图2所示。图1中配对齿轮中最小齿根弯曲强度最大时模数为7,且传动比为2.433;图2中配对齿轮中最小齿面接触强度系数大部分都集中在1.73~1.78之间,差别不是很大,传动比为2.433时模数为7mm,因此选定最优方案即为模数7mm,齿数为30和73,螺旋角为20°。

2 基于选定方案的修形接触分析对比

通过考虑轮齿啮合刚度、轴的弯曲扭转刚度、轴承游隙等因素分析齿轮啮合接触斑点。由于上述因素,齿轮在啮合过程中存在局部应力、接触温度过高、偏载等现象。针对计算结果对齿轮进行齿形修形和齿向修形,以达到优化齿轮啮合性能的目的。具体修形参数见表2、表3。

利用KISSsoft软件,根据表2、表3中设定修形参数进行分析,得到齿轮传动在修形前、后的校核结果。图3为修形前、后齿根弯曲、齿面接触及抗胶合安全系数对比图。由图3可知,修形后齿轮的齿根弯曲强度、齿面接触强度、温度积分胶合及闪温胶合安全系数均已提高。

图4为修形前、后瞬时接触温度变化曲线。从图4中可看出,修形前瞬时接触温度最大为180℃,在齿轮边缘处出现尖点;修形后瞬时接触温度曲线变得平滑很多,且最大为130℃,说明修形可有效改变齿轮瞬时接触温度,改善了齿轮的传动性能指标。

图5为修形前、后齿轮传递误差曲线。由图5可知,齿轮修形后传递误差曲线趋于平滑,且最大波动绝对差值变小,说明修形后改善了齿轮的冲击振动和噪声等传动性能,提高了传动系统工作的平稳性。

图6为修形前、后大小齿轮3D接触应力分布。由图6可看出,修形前齿轮接触应力分布不均,主要分布在齿顶尖和齿根处;修形后接触应力分布均匀,集中在齿轮齿面中心部位,且沿齿长方向超过85%。

图7为修形前、后齿轮应力分布。由图7可知,修形前齿轮啮合出现偏载,局部应力过高,最大齿面应力为919.3N/mm2,平均齿面应力为607.8N/mm2;修形后最大齿面应力为789.672N/mm2,平均齿面应力为580.507N/mm2,齿面最大应力减小超过15%,提高了齿轮啮合的可靠性。

通过以上分析结果可以看出,当齿轮未修形时会出现偏载现象,导致局部应力过高,降低了齿轮的整体使用寿命;通过齿廓修形、螺旋角修形及齿向修形可明显改善齿轮的啮合特性,提高了齿轮啮合的可靠性,提高了传动效率,使传递误差曲线趋于平衡,增加了传动平稳性。

3 结论

(1)使用KISSsoft软件在满足设计要求情况下寻求最优解,为筛选最优方案以及优化设计提供了很好的工具平台,提升了设计效率。

(2)通过KISSsoft软件对齿轮进行齿廓修形、螺旋角修形及齿向修形可明显提高齿轮强度、系统动态性能及承载能力,并可改善齿轮的啮合特性,减小传递误差,减少功率损失,改善齿面载荷分布等多目标的传动性能指标。

摘要：设计某动车齿轮箱的齿轮参数时,通过采用KISSsoft软件对设计方案进行边界条件的限制和筛选,从中选出最优强度方案;通过修形接触分析,改善了齿轮的强度和振动等传动性能指标,提高了设计效率。

关键词：KISSsoft,动车齿轮箱,齿轮修形,优化设计

参考文献

[1]沈伟斌.齿轮修形在机车上的应用及发展[J].中国机械,2014(4):159.

[2]钱瑞,邓伟.用齿轮分析软件的接触分析功能对齿轮修形的优化设计[J].中国机械,2015(8):73-74.

[3]唐进元,雷敦财.基于Kisssoft软件的行星传动装置齿轮参数优化设计[J].机械传动,2010,34(12):15-19.

[4]郭利,黄道业.基于Pro/E和KISSsoft的齿根修形优化设计[J].河南科技学院学报,2012,35(2):54-56.

[5]赵登利,于良峰,刘勇.基于KISSsoft的齿轮修形优化设计[J].风机技术,2014(1):66-74.

齿轮轴温遥测系统的设计 篇3

【关键词】遥测系统；温度测量；非接触供电；无线通信

0.引言

连接齿轮的轴承在旋转过程中由于摩擦力等因素将会随着转速升高出现温度提升的现象，齿轮轴承温度的测量对于轴承使用、轴承设计以及轴承寿命分析具有重大意义，其在不同转速下的温度是轴承设计中很有价值的参考数据。

在某些特殊的应用环境下，物理量的测量可采用遥测系统来完成。如，测试设备无法进行安装的高温、高压环境、旋转体测量等。对于齿轮轴承温度的测量，可归为旋转体测量，可以通过遥测系统来实现。

1.工作原理

轴承温度的测量通过6个带冷端补偿的热电偶来实现，整个系统主要分为两个部分，即信号采集发射一体机和接收机。信号采集发射一体机中包含信号调理和采集模块以及无线发射机；接收机包含无线接收机、数据处理器以及模拟/数字输出模块。

信号采集发射一体机中的信号调理和采集模块包含7个模拟通道，其中前6个通道可接热电偶，第7通道用作热电偶的冷端补偿。每个热电偶通道都有独立的信号调理电路，以保证信号的信号质量及数据采集器的采集精度。

2.系统设计

2.1双热电偶传感器设计

为了保证双热电偶传感器工作的可靠性，在设计传感器时采用双热电偶方式，由两个热电极材料相同的有效热电偶组成。这样的冗余设计可以保证当其中一个热电偶失效时，另一个热电偶仍然能够正常工作，而不会导致整个遥测系统失效。

2.2非接触式供电系统设计

本文设计的非接触式供电系统基于ICPT原理，其组成包含初级变换器、非接触变压器以及次级变换器。

图1 非接触式供电系统组成

非接触式供电系统工作时，初级变换器将交流电压经过整流、逆变转换成高频交流电流供给初级绕组。初级绕组通过空间耦合的方式把能量耦合到次级绕组，次级绕组输出的是高频电流，根据后级负载特性以及电路系统的工作要求，次级变换器将接收到的信号进行整流、滤波等处理，最终输出直流电压给负载供电。齿轮轴承温度遥测系统中非接触式供电系统原理见图2。

图2 非接触式供电系统原理图

2.3信号采集发射一体机设计

信号采集发射一体机分为电源模块、传感器、信号放大模块、信号滤波模块、数据采集模块、调制器和遥测发射机7个模块，它们共同完成温度信号的拾取、调理、采集、数字调制和无线发射，完成温度信号到无线数据的转换。

信号采集发射一体机通过信号放大、滤波、多路复用及采集、数字调制和无线发射5个步骤将温度信号通过无线信道发送给无线信号接收机，无线信号接收机通过对无线信号进行接收、数字解调、数据输出以及信号调理完成电压信号的输出，最终完成温度信号的遥测功能。

2.4无线信号接收机设计

无线信号接收机包含遥测接收机、数字解调器、数据分配模块、输出基准、数据输出模块以及输出滤波器模块6种功能模块。这些模块共同完成无线信号的接收、解码和数据拆分、数据分配、数据输出以及滤波整型，完成温度数据到标准电压信号转换。

3.性能测试与轴承温度遥测试验

3.1非接触供电电压试验

齿轮轴承温度遥测系统中的无线信号发射机的正常工作需要一定的工作电压，该电压由非接触供电电源提供。为保证小型感应供电电源的能量供应满足无线信号发射机的需求，应对非接触供电电压进行试验。

试验结果表明，非接触供电电压可达到供电电压（峰峰值）22V左右，由于满足10V即可保证信号采集发射一体机正常工作，因此本文中的非接触式感应供电系统设计合理，可满足实际需求。

3.2轴承温度遥测试验

将齿轮轴承温度遥测系统中的信号采集发射一体机安装在待测轴承上，将接收机接好并连接计算机，将系统和计算机显示软件开启，进行轴承温度的测量。

图3 试验连接示意图

试验圆满完成，验证了系统的可靠性与设计的合理性，通过对比齿轮油膜温度，该轴承温度数据与另一系统测得的油膜温度变化趋势相符，证明测量结果真实有效。

4.结论

齿轮教学设计 篇4

【教材简析】

《齿轮》一课选自青岛版国家义务教育课程标准实验教科书──《科学》·六年级上册。本课教科书包括三个板块：活动准备、活动过程、拓展活动。其中，活动准备提示了课堂探究所必备的典型的实验材料：齿轮模型、泡沫板、刀子、萝卜、塑料棒，此部分属于学生课前探究性准备材料的过程。拓展活动中提示了一个建议性活动内容：研究玩具车或机械钟内的齿轮，探究游乐场中的娱乐设施运用了哪些简单机械的原理。此部分属于课下对活动过程的延续。活动过程设计了两个活动，一是让学生说说生活中的齿轮；二是做齿轮，研究齿轮的作用。同时，教材中还呈现了“空白记录表”，目的是让学生自主记录“我们的发现”。本课教科书在编写中体现了以探究为核心的理念，并通过卡通人物的表情将情感态度价值观显性呈现在教科书当中，使本课显得探究韵味丰足而又不失活泼、有趣、合谐，利于激发学生的探究欲望。

【研究专题及观点】

在小学课堂教学过程中，我研究的主要专题是“探究如何让学生经历科学研究的过程，并让学生在此过程中体验知识与事物的形成、发展、变化过程，使学生养成善于观察、善于动手的科学的情感态度与价值观。”

我的观点是：在小学科学课堂教学中，应落实以“科学探究为核心”，并在活动过程中，灵活和综合运用各种教学方式和策略，着力引导学生“从问题引入到问题结束”，让学生带着对问题的探究自行经历探究的过程，在对事物有了一定的结论之后，再通过探究中发现的问题，或是对结果的分析，引导学生产生新问题，并能够持续进行新问题的探究，将探究活动不断进行下去。

【设计思路】

在课堂教学设计中，我基本遵循教材编写的思路，让学生从生活经验开始，通过谈生活中的齿轮引入课题，让学生先猜测齿轮的作用，带着“齿轮究竟有什么作用”的问题进入科学研究中，通过动手做齿轮，发现正常工作的齿轮应该具备的特点，通过实验发现齿轮的作用，最后让学生用获得的认识联系生活中对齿轮的应用。

最后，通过“设想一个正常工作的机械钟表中至少要有几个齿轮？”

让学生产生新问题，在充满探究欲望之中带着问题走出课堂，以促使学生课下继续探究。整个教学过程重点体现了“让学生经历科学探究的全过程”的理念，以及让学生的探究活动从“问题中开始”，又从“问题中结束”，使探究活动更具完整性、细致性、科学性、持久性。

同时，我还特别注意引导学生进行动手操作、认真观察、细致归纳。通过一系列的探究体验活动，使学生能够在课堂教学活动中一步步体会到齿轮的特点，发现齿轮的作用。根据课堂教学的实际需要，结合学生的实际情况，我还在课堂教学中增加了我国在齿轮制造和应用方面的背景资料，以达到拓宽学生的知识面，激起对齿轮进一步了解和研究的目的。

【本课教学目标】

1．在做齿轮的过程中，体验合作与交流的愉快，增强发现问题，解决问题的能力。2．在研究齿轮作用的过程中，学会设计和制定实验方案，并养成做好实验记录的习惯。3．探究齿轮这种简单机械的作用，了解使用齿轮能传递动力、改变力的方向及改变转动速度。

【活动过程描述】 一 谈话导入

同学们，这节课，老师带来了几个模型，知道是什么吗？ 看来大家对齿轮并不陌生。那位同学来说一说，哪里用到了齿轮？

实际上，齿轮在生活中的应用非常广泛，它和杠杆、滑轮、轮轴、斜面一样，也属于简单机械。那作为简单机械的齿轮在工作中会起到哪些作用呢？同学们可以根据自己的经验来猜一猜。

【学生在生活中，或多或少的都见过齿轮，对齿轮的作用也有一定的了解，尽管不全面，也不够准确，但这样的导入能唤起学生对齿轮这一事物的思考，为下一步活动做准备。】

二 探究活动一：做齿轮，感受齿轮的特点 1．激发做齿轮的兴趣。

齿轮究竟有什么作用呢？老师认为，只要你们做个齿轮模型体验体验齿轮的特点，再利用它来研究研究，就能把这个问题解决，你们能行吗？

【孩子们最喜欢动手操作，为学生提供动手的机会和平台，让学生亲自体验做齿轮的过程，目的是让学生在制作过程发现齿轮的特点，为齿轮作用的探究过程提供最直按的经验。】

2．学生动手做齿轮。

学生进行做齿轮的活动。（教师在结束前1分利用课件上的小闹钟加以提示，让学生树立时间观念）

3．转动自制齿轮，初步感受齿轮的特点。

请同学们互相配合，把你们的小齿轮组合起来，转一转，看有什么发现？ 学生把齿轮在泡沫板上进行固定、组装，并进行操作与观察，谈自己发现。

【学生制作的小齿轮普遍存在不够圆、齿不均匀，齿轮组合在一起时，相邻的两个齿轮

不能互相咬合，个别同学还会存在固定齿轮时轴没有插在圆心上的问题，同时呈现用于做齿轮的材料也不够坚硬与结实等一系列问题。目的是通过此交流过程，让学生自己发现和意识到制作中出现的一些问题都会影响齿轮的正常工作。同时体会到正常工作的齿轮应具备的基本条件。】

三 探究活动二：利用齿轮模型探究齿轮的作用 1．设计研究方案。

齿轮究竟有哪些作用呢？现在，我利用自制的齿轮模型，也可以借助老师提供的齿轮模型来研究。你们准备怎样组装齿轮进行研究呢？

学生在小组内交流，并汇报研究方案。

【为了避免研究的盲目性，保证探究的效果，有必要让学生在实验前对实验方法进行设想。】

2．探究齿轮的作用。

下面请同学们按照刚才设想的方法去研究，在研究过程中，要注意做好实验记录。（教师为学生提供实验报告单）

“齿轮作用的研究”实验记录单 组装方法我的发现其他小组的发现 学生做实验，并认真填写记录单。3．汇报研究发现。

请各个小组汇报各自的研究和发现，同时还要注意把兄弟小组的研究与本组做对比，记录有价值的发现。

①学生汇报自己小组的发现。

②根据小组的发现，结合其他小组的发现，再次分析实验结果，得出实验结论。学生汇报自己的研究发现，教师进行适时点拨，引导学生总结出齿轮的作用。（适时板书：传递力、改变转动方向、改变转动速度）

【学生实验的同时，教师将实验中的观察记录作为指导重点，目的是让学生注意观察实验现象，搜集观察实验中的大量信息，以便为学生互相交流、归纳结论提供事实依据。汇报中，引导学生注意倾听，同时提醒学生要注意记录、积累别的小组的发言，体现合作交流的学习理念。】

通过刚才的研究，我们不仅知道了齿轮能传递力，还发现了它能改变转动的速度和运动的方向。

四 拓展活动：创新设想

1．学以致用，科学猜想。

（出示一个钟表）同学看，这是一块普通的钟表，它的里面就有齿轮，齿轮的转动带动了钟面上的指针。请同学们想一想，要保证时针、分针、秒针向同一个方向也就是顺时针转动，你认为至少要有几个齿轮？它们是怎样组合的？

学生根据自己的理解发表意见。

【这一问题，学生的意见可能各不相同，教师不给予肯定与否定，让学生自由发表自己的见解，在回答中互相启发，碰撞思维的火花。这一设计的目的是将学生探究出的齿轮的作用在实际中进行应用。加深学生对齿轮的作用的认识，同时也渗透了培养学生善于用掌握的科学知识分析、解决实际问题的能力，使学生意识到科学服务于生活。】

2．引出新问题，拓展延伸到课外探究。

钟表里究竟有几上齿轮？它们到底是怎样组合的？又是怎样工作的呢？那样组装有什么道理？还有没有更好的组装方法？这些问题请你们课下自己想办法去解决，老师相信你们一定能解决它。下节课我们再来重点交流。

齿轮教学设计 篇5

三次作业练习

班 级：机 妍 15 姓 名：左 海 涛 学 号：5220150233 指导老师：曹 建 树

目 录

一、深沟球轴承自顶向下装配设计............................................................................3

1.问题描述.............................................................................................................3 2.实现过程.............................................................................................................4

2.1新建装配和组件.......................................................................................4 2.2设计轮廓图...............................................................................................6 2.3设计轴承外圈...........................................................................................6 2.4设计轴承内圈...........................................................................................9 2.5设计保持架.............................................................................................10 2.6设计滚珠.................................................................................................13 2.7设计完成.................................................................................................15

二、机构运动仿真....................................................................................................17 1.问题描述........................................................................................................17 2.实现过程...........................................................................................................17 2.1新建运动仿真.........................................................................................17 2.2新建连杆.................................................................................................18 2.3新建运动副.............................................................................................19 2.4新建传动副.............................................................................................22 2.5新建3D接触...........................................................................................23 2.6开始仿真.................................................................................................24

三、餐具加工..............................................................................................................27 1.问题描述...........................................................................................................27 2.实现过程...........................................................................................................27 2.1整体粗加工.............................................................................................27 2.2外表面精加工.........................................................................................36 2.3内表面精加工.........................................................................................42

一、深沟球轴承自顶向下装配设计

1.问题描述

试设计如下图所示深沟球轴承，具体尺寸如下所示，要求采用自顶向下的装配设计方法。

图1 轴承装配图

图2 轴承尺寸图 2.实现过程

2.1新建装配和组件

（1）打开NX8.5软件：开始→程序→NX8.5。

（2）新建装配：点击“新建”，出来“新建”对话框，类型为“装配”，修改新文件名里的“名称”和“文件夹”，注意更改的文件夹路径为英文目录下才有效，点击“确定”，如图3所示。

图3 新建装配

（3）点击菜单栏“装配”→组件→新建组件。

（4）在弹出的“新组件文件”对话框里，名称为“模型”，注意修改“新文件名”的名称及文件夹路径，路径应该与开始新建的“装配”一致，如图4所示。（3）按此步骤新建五个组件，分明命名为lunkuo、waiquan、neiquan、baochijia、gunzhu”，如图5所示。

图4 新建组件

图5 整体结构

2.2设计轮廓图

（1）在“装配导航器”里双击“轮廓”，如图6所示。

图6 激活轮廓

（2）创建草图：点击菜单栏“插入”→草图，弹出“创建草图”对话框，选择YZ平面，点击“确定”进入草图绘制界面。（3）绘制如图7所示的草图。

图7轮廓草图

2.3设计轴承外圈

（1）在装配导航器里，双击“装配”文件进行激活，右键点击“lunkuo”→替换引用集→整个部件。此时设计界面内会显示已设计完成的“骨架”图，如图8所示。

图8 轮廓图

（2）在装配导航器里，双击“waiquan”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器。

（3）弹出“WAVE几何链接器”，选择右侧的“矩形框”和“圆”如图9所示。

图9 关联外圈

（4）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”，弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；按照“关联复制”的矩形和圆绘制如图10所示的外圈回转草图。

图10 外圈回转草图

（5）点击“完成草图”回到“回转”对话框，选择回转轴为“Z轴”，点击“确定”完成轴承外圈的设计，如图11所示。

图11 轴承外圈

2.4设计轴承内圈

内圈的设计步骤参考外圈的设计步骤，步骤一致，只是回转草图的不同，在“关联复制”是注意选择的是左边矩形和圆。内圈的回转草图如图12所示，内圈设计完成图如图13所示。

图12 内圈回转草图

图13 轴承内圈

2.5设计保持架 由于保持架上有滚珠孔，先设计没有滚珠孔的保持架，其步骤与外圈的设计步骤一样，没有滚珠孔的保持架设计完成图如图13所示。

图13 没有滚珠孔的保持架

设计保持架上的滚珠孔，步骤如下：

（1）在装配导航器里，双击“baochijia”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆”。

（2）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；绘制与球相同直径的圆，点击“完成草图”回到“回转”框，创建球体，与保持架求差。

图14 回转求差

图15 一个孔

（3）点击插入→关联复制→阵列特征，“选择特征”保持架上的孔，旋转轴为“Z轴”，“布局”为圆形，“角度方向”间距数量和跨距，数量 10，点击“确定”，保持架设计完成效果如图16所示。

图16 保持架

2.6设计滚珠

（1）在装配导航器里，双击“滚珠”进行激活，点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆”。点击“插入”→关联复制→WAVE几何链接器，选择“圆的中心线”。

（2）点击“回转”，弹出“回转”对话框；点击“创建草图”弹出“创建草图”对话框，选择“YZ平面”；按照关联复制所得的圆绘制滚珠草图，回转轴选择关联复制所得的圆的中心线，生成滚珠如下图所示。

图17 生成滚珠

（3）点击插入→关联复制→阵列特征，“选择特征”为滚珠，旋转轴为“Z轴”，“布局”为圆形，“角度方向”间距数量和跨距，数量 10，点击“确定”，完成滚珠的设计，如图18所示。

图18 轴承滚珠

2.7设计完成

在装配导航器里，双击“装配”文件进行激活，依次右键点击“各个组件”→替换引用集→整个部件，把隐藏的全部显示，完成轴承的设计，设计完成效果如图19所示。

图19 深沟球轴承

二、机构运动仿真

1.问题描述

试对如下图所示机构进行进行运动仿真。

图20 整体结构图

2.实现过程

2.1新建运动仿真

依次点击“开始”-“运动仿真”，在导航器里选中仿真文件，右击“新建仿真”，如下图所示。

图21 新建仿真

2.2新建连杆

（1）选中“motion_1”右击“新建连杆”，如下图所示，依次创建连杆，其中L001为固定连杆，其他为活动连杆。

图22 新建连杆

（2）这里需要注意把大齿轮和与它相连的杆件作为一个连杆处理，如下图所示。

图23 创建连杆三

（3）总共创建了9个连杆，如下图所示。

图24 9个连杆

2.3新建运动副

（1）选中“motion_1”,右击选择“新建运动副”，选择“旋转副”，出现创建旋转副对话框，对小齿轮创建旋转副，并施加驱动。

图25 新建旋转副

图26 小齿轮的旋转副 图27 施加驱动（2）创建滑动副，如下图所示创建滑轮的滑动副，啮合连杆选择“L005”,创建后的滑动副如下图29所示。

图28 创建滑动副

图29 创建后的滑动副（3）依次创建大齿轮的旋转副，大齿轮机构与滑块的旋转副，四个小支撑的旋转副，创建后的旋转副如下图所示。

图30 创建后的运动副

2.4新建传动副

选中“motion_1”，右击选择“新建传动副”-“齿轮副”，进入新建齿轮副对话框，依次选中大小齿轮的旋转副，比率选择2/3，如图31所示，点击确定。

图31 新建齿轮副

图32 齿轮副效果图

2.5新建3D接触

选中“motion-1”，右击选择“新建连接器”-“3D接触”，进入对话框，依次选择大滑块与下侧的小转轮，如下图所示，点击应用。接着建立另一个3D接触。

图33 建立3D接触 至此所有的与运动相关的连杆，运动副，穿动副，连接器都已建完，如下图所示。

图34 运动导航器

2.6开始仿真

（1）选中“motion-1”,右击“新建解算方案”弹出解算方案对话框，时间选择10，步数100，点击确定，如下图所示。

图35 解算方案

（2）选中解算方案“solution-1”右击“求解”，点击“动画”按钮，弹出动画对话框，如图所示，即完成动画仿真。

图36 仿真运动中

三、餐具加工

1.问题描述

试加工如下图所示盘体，要求分三次加工。

图37 餐具实体图

2.实现过程

2.1整体粗加工

（1）进入加工环境：点击工具栏中的开始，在下拉菜单中选择加工。由于第一部是外轮廓加工，是型腔铣，所以类型为：mill-contour，名称可以自己定义，也可以默认。点击确定。在窗体左侧工序导航器中就会出现新的工序。

图38 创建新工序

（2）点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-contour，刀具子类型：，名称为了与其他区别，可以自己定义，此处定义为T1D14R1。点击确定，进入铣刀参数设置对话框，如上图所示，在工具中的尺寸中，设置直径为14，下半经为1，其它默认，点击确定。

图39 创建刀具 图40 刀具参数设置

（3）点击创建几何体，进入创建几何体对话框。类型：mill-contour，名称：MCS-1。点击确定，进入MCS创建对话框，机床坐标系：默认，安全设置，安全设置选项：平面，选择加工零件的上表面，安全距离：10，点击确定。

图41 创建几何体

图42 设置安全距离

（4）再次点选创建几何体，选择WORKPIECE，位置中的几何体选择刚才创建的坐标系MCS-1，名称：WORKPIECE_1，点击确定，进入工件参数设置对话框。

图43 创建工件

在几何体中的指定部件：点击“指定部件”，进入部件几何体对话框，在窗体中框选整个部件，如下图所示。

图44 指定部件

在几何体中的指定毛坯：点击“指定毛培”，进入毛坯几何体对话框，类型：包容快，限制：XM-6，XM+6，YM-6，YM+6，ZM-0.0，ZM+6，点击确定，返回到工件对话框。点击确定。

图45 指定毛培

（5）点击创建方法，进入创建方法对话框，类型;mill-contour,名称：MILL_METHOD。点击确定，进入铣削方法对话框，部件余量：2，其他默认。

图46 创建方法

（6）点击创建工序，进入创建工序对话框，类型选mill-contour，程序选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的刀具，几何体选择刚才创建的几何体，方法选择刚才创建的方法，名称：CAVITY_MILL_1。点击确定，进入型铣腔参数设置对话框，如下图所示。

图47 创建工序

（7）点击指定切削区域，进入切削区域对话框，几何体：框选整个零件，点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。

图48 指定切削区域

（8）刀轨设置中的，点击切削参数，进入切削参数对话框，策略中切削，切削顺序：选择深度优先。其它默认。点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。

图49 切削参数设定

（9）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，主轴速度：1000，其它默认。点击确定，返回到型铣腔参数设置对话框。

图50 进给率和速度

（10）在操作中点击生成，操作界面会变化，点击确认。进入刀轨可视化对话框。点选2D动态，会出现加工动画。

图51 生成刀轨

图52 2D加工

2.2外表面精加工

这里不需要创建新程序。

(1)创建刀具，点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-planar，刀具子类型：，名称定义T2D10R1。点击确定，进入铣刀参数设置对话框，在工具中的尺寸中，设置直径为10，下半经为1，其它默认，点击确定。

图53 创建刀具

（2）创建方法，如下图所示，部件余量选择0。

图54 创建方法

（3）点击创建工序，类型选mill-planar，位置处的程序选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的T2D10R1，几何体选择上部创建的几何体，方法选刚才创建的方法，名称：FLOOR_WALL_2，点击确定，进入到平面轮廓铣对话框。

图55 创建工序

（4）点击指定切削区底面，在弹出的对话框中选择上表面，如下图所示。

图56 指定切削区底面

（5）点击切削参数，进入切削参数对话框，设置切削方向：顺铣，切削顺序：深度优先，其它默认。

图57 切削参数设定

（6）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，设置主轴速度：1000，其它默认。点击确定，返回到平面轮廓铣对话框。

图58 设定主轴速度

（8）在操作中点击生成，再点击确认，进入刀轨可视化界面，选择2D状态，点击播放，结果如下图所示。

图59 生成刀轨

图60 2D仿真加工

2.3内表面精加工

这里仍然不需要创建新程序。

（1）创建刀具，点击进入创建到具对话框，如下图所示，类型为：mill-contour，刀具选择如下所示，名称定义T3D8R0。点击确定，进入到铣刀参数对话框，在工具中的尺寸中，设置直径为8，下半经为0，其它默认，点击确定。

图61 创建刀具

（2）创建方法，如下图所示，部件余量选择0。

图62 创建方法

（3）点击创建工序，进入创建方法对话框，类型mill-contour，工序子程序为深度加工轮廓。位置处的程序：选择刚才创建的程序PROCRAM，刀具选择刚才创建的T3D8R0，几何体选择刚才第一部的几何体，方法选刚才创建的方法，名称：ZLEVEL_PROFILE_3。点击确定，进入到深度加工轮廓铣对话框。

图65 创建工序

图66 切削区域选择

（4）在刀轨设置里每刀的公共深度：残余深度。点击切削参数，进入到切削参数对话框，在策略的切削中切削方向：顺铣，切削顺序:深度优先。点击确定，返回到深度加工轮廓铣对话框。

图67 切削参数设定

（5）点击进给率和速度，进入进给率和速度对话框，主轴速度改为1000，点击确定，返回到深度加工轮廓铣对话框。

（6）在操作中点击生成，在点击确认，进入到刀轨可视化对话框，选择2D，点击播放，结果如下图所示。

图68 生成的刀轨

图69 2D仿真加工

（7）至此所有工序都完成了，导航器里会出现如下文件。

齿轮教学设计 篇6

压力角α的选择

由机械原理可知，增大压力角α,轮齿的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国对一般用途的齿轮传动规定的标准压力角为α=20°。为增强航空用齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国航空齿轮传动标准还规定了α=25°的标准压力角。但增大压力角并不一定都对传动有利。对重合度接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为1～1.2 ，压力角为16°～18°的齿轮，这样做可增加轮齿的柔性，降低噪声和动载荷。

小齿轮齿数z1的选择

若保持齿轮传动的中心距a不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合的可能性。但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低轮齿的弯曲强度。不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好。小齿轮的齿数可取为z1=20～40。开式(半开式)齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使轮齿不至过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取z1=17～20。

为使轮齿免于根切，对于α=20°的标准直齿圆柱齿轮，应取z1≥17。

齿宽系数φd的选择

由齿轮的强度计算公式可知，轮齿愈宽，承载能力愈高;但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布趋不均匀，故齿宽系数应取得适当。圆柱齿轮齿宽系数的荐用值见下表。对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为，所以对于外啮合齿轮传动：。

φa的值规定为0.2,0.25,0.30,0.40,0.50,0.60,0.80,1.0,1.2。运用设计计算公式时，对于标准减速器，可先选定φa后再用上式计算出相应的φd值。

圆柱齿轮的齿宽系数φd

装置状况两支承相对小齿轮作对称布置两支承相对小齿轮作不对称布置小齿轮作悬臂布置 φd0.9～1.4(1.2～1.9)0.7～1.15(1.1～1.65)0.4～0.6

注: 1)大、小齿轮皆为硬齿面时，φd取偏下限的数值;若皆为软齿面或仅大齿轮为软齿面时，φd取偏上限的数值;

2)括号内的数值用于人字齿轮，此时b为人字齿轮的总宽度;

3)金属切削机床的齿轮传动，若传递的功率不大时，φd可小到0.2;

4)非金属齿轮可取φd≈0.5～1.2。

圆柱齿轮的计算齿宽b=φdd1，并加以圆整。为了防止两齿轮因装配后轴向稍有错位而导致啮合齿宽减小，常把小齿轮的齿宽在计算齿宽b的基础上人为地加宽约5～lOmm。

(二)齿轮传动的许用应力

本书荐用的齿轮的疲劳极限是用m=3～5mm、α=20°、b=10～50mm、v=10m/s、Ra约为0.8 的直齿圆柱齿轮副试件，按失效概率为1%，经持久疲劳试验确定的。对一般的齿轮传动，因绝对尺寸、齿面粗糙度、圆周速度及润滑等对实际所用齿轮的疲劳极限的影响不大，通常都不予考虑，故只要考虑应力循环次数对疲劳极限的影响即可。

齿轮的许用应力[σ]按下式计算：式中：

S—疲劳强度安全系数。对接触疲劳强度计算，由于点蚀破坏发生后引起噪声、振动增大，并不立即导致不能继续工作的后果，故可取S=SH=1。但是，如果一旦发生断齿，就会引起严重的故事，因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取S=SF=1.25～1.5，

KN—考虑应力循环次数影响的系数，称为寿命系数。弯曲疲劳寿命系数和接触疲劳寿命系数分别见下图。设n为齿轮的转速，r/min;j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数;Lh为齿轮的工作寿命，h，则齿轮的工作应力循环次数N按下式计算：N=60njLh。

σlim—齿轮的疲劳极限。弯曲疲劳强度极限值用σFE带入，查图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>，图中的σFE=σFlim·YST，YST为试验齿轮的应力校正系数;接触疲劳强度极限值σHlim查图<齿轮的接触疲劳强度极限>。

1—调质钢;球墨铸铁(珠光体、贝氏体);珠光体可锻铸铁

2—渗碳淬火的渗碳钢;全齿廓火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁

3—渗氮的渗氮钢;球墨铸铁(铁素体);灰铸铁;结构钢。

4—氮碳共渗的调质钢、渗碳钢。

弯曲疲劳寿命系数

(当N>Nc时，可根据经验在网纹区内取值)

1—允许一定点蚀时的结构钢;调质钢;球墨铸铁(珠光体、贝氏体);珠光体可锻铸铁;渗碳淬火的渗碳钢

2— 结构钢;调质钢;渗碳淬火钢;火焰或感应淬火的钢、球墨铸铁;球墨铸铁(珠光体、贝氏体);珠光体可锻铸铁;

3— 灰铸铁;球墨铸铁(铁素体);渗氮的渗氮钢;调质钢、渗碳钢

4— 氮碳共渗的调质钢、渗碳钢

接触疲劳寿命系数

(当N>Nc时，可根据经验在网纹区内取值)

图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>、图<齿轮的接触疲劳强度极限>所示极限应力值，一般选取其中间偏下值，即在MQ及ML中间选值。使用图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>及图<齿轮的接触疲劳强度极限>时，若齿面硬度超出图中荐用的范围，可大体按外插法查取相应的极限应力值。图<齿轮的弯曲疲劳强度极限>所示为脉动循环应力的极限应力。对称循环应力的极限应力值仅为脉动循环应力的70%。

夹布塑料的弯曲疲劳许用应力=50MPa,接触疲劳许用应力=110MPa。

(三)齿轮精度的选择

各类机器所用齿轮传动的精度等级范围列于下表中，按载荷及速度推荐的齿轮传动精度等级如下图所示。

各类机器所用齿轮传动的精度等级范围

机 器 名 称精 度 等 级机 器 名 称精 度 等 级 汽轮机 3～6拖拉机 6～8 金属切削机床 3～8通用减速器 6～8 航空发动机 4～8锻压机床 6～9 轻型汽车 5～8起重机 7～10 载重汽车 7～9农业机器 8～11

齿轮教学设计 篇7

在《机械设计基础》课程的教学中,通常是按照教学计划、教材模式、教材列举的设计步骤来介绍教学内容的。但是凭借笔者的教学研究与教学经验,目前教科书中许多传统的设计方法与设计步骤存在着诸多的缺陷与不足。传统的设计方法是借助经验公式、设计图表、类比的方式进行有限的计算次数、得到有限的设计结果,但是在大多数情况下这种设计模式不能使设计的结果获得最佳。如何使学生掌握好《机械设计基础》课程的先进设计理念、引导学生对学习最佳设计技术产生兴趣,教学案例的讲解就显得十分重要。职责要求教师必须运用新旧知识的直接联系,迁移类比、引导学生学习。

教师可以利用知识的迁移规律,找准新旧知识的连接点和新知识的生长点,引导学生利用旧知识去完美的解决遇到的设计问题,并依据需求学习更需要的新知识。本文以《机械设计基础》中的圆柱齿轮设计问题为例,以教科书中的设计问题、设计步骤、设计结果为参照,通过学生们采用不同的设计参数、得出不同的设计结果、对比结果找出最佳,分析、归纳如何快速确定其最佳设计结果,使学生们自己总结出了一种齿轮设计的新方法。使学生了解了齿轮最佳设计、机械最佳设计的概念,在学生思考如何更加快速、方便的寻找最佳设计结果过程中,极大地激发了学生学习新知识的热情。

1圆柱齿轮传统设计方法及其不足之处

齿轮传动用于传递空间任意两轴之间的运动和动力,广泛应用于机械设备中。在设计圆柱齿轮时,目前教科书和工程应用采用的设计方法与设计步骤存在着不妥之处,设计只是片面追求一次性设计成功,设计结果单一且仅仅可行。针对传统设计方法、设计步骤的不妥,本教学研讨是以教科书中齿轮设计例题为研究对象,设计的齿轮机构传动性能最好、齿轮啮合重合度最大为目标,同时追求齿轮结构紧凑、体积小、重量轻,加工制造方便,对传统设计方法与设计步骤进行了改良。传统的齿轮设计方法设计步骤如下(以闭式软齿面直齿圆柱齿轮为例):

(1)选择材料;

(2)选择参数:小齿轮齿数Z1(Z1=20~40)、齿宽系数φd、载荷系数K;

(3)设计确定齿轮参数。按照接触强度式计算小齿轮分度圆最小直径d1min:

收尾取标准模数,然后确定小齿轮分度圆直径,有:

(4)校核:按照下式弯曲强度校核,满足不等式要求则主体设计结束;否则转步骤(3),增大一级齿轮模数,直至满足要求为止。

由上述设计理论与设计步骤可知,这种传统的设计方法,设计周期长、凭运气盲目试凑、可靠性差、结果众多,不可能获得最佳的设计结果,很难实现齿轮结构紧凑、体积小、重量轻,加工制造方便。

在笔者的教学过程中,针对上述传统的设计方与设计步骤,许多学生就提出疑问:小齿轮齿数Z1(Z1=20~40)在这么大的范围里如何选取?在不同的选择中设计结果是否会有差别?差别会有多大?应该如何有效的选取?

针对同学们的疑问,笔者采用灵活多样的教学方法启发学生动脑、积极思考,笔者在教学课件PPT中,用多张照片显示了实际工程应用中,许多小齿轮的齿数远远大于40的事实,在船舶中小齿轮的直径很大,如果也按照此要求,齿轮的模数会多大?于是和同学们得出结论:小齿轮齿数Z1在20~40中选择并不严谨。该参数应该如何选取呢?笔者在本章节的习题课上,让学生参考教科书中列举的设计实例,利用全体同学们的智慧,找出传统设计方法与设计步骤的不足,并提出相应的改进措施。

2启发学生,对圆柱齿轮设计方法进行改进

在教学中,要坚持学生自己能学会的,相信学生、引导学生去做,力争让学生自己总结与归纳。笔者针对教科书中齿轮设计实例,让每一名学生都参与实践,每名同学采用不同的设计参数Z1,于是就会得出不同的设计结果,然后采用实现所设计的齿轮“结构紧凑、体积小、重量轻,加工制造方便”的目标,找出众多方案中最佳的设计方案,看看如何能迅速的找到这一设计方案,并总结出规律与新的设计方法与设计步骤。

依据直齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数Zmin=17,笔者让每个教学班的同学按照学号取:Z1=17、18、19、…49、50,其中Z1=24为教科书例题中所取的齿数。高机131班同学们的设计结果见表1。

表中值:长度单位为mm,体积单位为cm3。

在教学中,要找准新旧知识的连接点和新知识的生长点。在满足齿轮接触强度与弯曲强度条件下,直齿圆柱齿轮设计结果评价优劣的标准为:

(1)齿轮齿数越多,齿轮重合度就越大,有力于齿轮传动的平稳性;

(2)齿轮的模数越小(mmin=1.5mm)结构紧凑、加工制造简单,成本低;

(3)齿轮的齿顶圆直径小则毛坯的尺寸就小,制造成本低;

(4)齿轮体积小则齿轮的机构就紧凑;

(5)齿轮传动的中心矩越小,齿轮传动的空间就小,传动装置就紧凑。

按照上述准则,在习题课上,全班同学们公认:在众多的设计方案中,学号为20的同学,当选择的Z1=37,其设计结果为最佳。在众多的设计方案中如何才能快速的找到该设计方案呢?

如何在众多的设计方案中能够迅速选择最佳的结果?于是笔者在课堂上与学生们分析探讨了传统设计方法的不足所在,由此构思出了一种新的设计理念。首先确认了传统设计步骤存在如下不妥(以直齿圆柱齿轮设计为例):

(1)接触强度涉及的参数少,而弯曲强度涉及的参数多因此过早确定齿数z1及率先考虑弯曲强度,通常情况下确定的参数会效果差;

(2)齿轮模数的离散度大,而齿数的离散度相对小很多,因此先随意设定齿数z1,并却保持不变,这种设计是凭运气试凑,设计误差大,导致结构不紧凑;

(3)齿轮齿宽系数φd的引出是为了降低设计难度,将小齿轮分度圆直径d1和齿宽b两个参数人为的合并为一个而引出来的,若初始设定的齿宽系数φd始终保持不变,因计算过程中齿轮模数的收尾、取标准值,造成小齿轮分度圆的放大而又一次将齿宽b放大,齿轮的体积就会增大太多;

(4)传统设计步骤没有体现提高机构的运动性能、结构紧凑性以及齿轮加工成本等因素,只是为了一次性得到一个可行的设计方案而已,会造成设计粗糙、效果很差。

在追求齿轮设计最佳时,应该是在满足强度条件前提下,尽量增多齿数z1、减小齿轮模数m。

改进的齿轮设计方法设计步骤如下(以闭式软齿面直齿圆柱齿轮为例):

(1)选择材料;

(2)选择参数:齿宽系数φd、载荷系数K;

(3)满足接触强度计算小齿轮分度圆最小直径d1min:

(4)依据降低齿轮加工成本的考虑,选取齿轮的模数m,m优先从允许的最小值选取,同时选取几组供优选,如:m=1.5、2.0、2.5;

(5)用下式推出齿轮的齿数:

收尾,然后确定小齿轮分度圆直径d1,有:

(6)校核。按照下式弯曲强度校核,满足不等式要求则主体设计结束;否则转步骤(4)增大一级齿轮模数,直至满足要求为止。

(7)在选择的几组不同所得方案中,依据设计优劣的评价标准,确定最佳设计方案。

3改进后的设计方法与传统设计方法的设计效果对比

在教学中通过具体设计实例以及不同设计方法的比较、对比,极大地激发学生的学习热情。下面是学生们按照自己总结出的设计方法与设计步骤得出的计算结果,3组供优选的设计方案见表2。

表中值:长度单位为mm,体积单位为cm3。

分析表2中的设计结果,方案2的设计结果最佳,于是取方案2为本设计问题的最终设计结果。将新的设计结果与教科书传统设计结果对见表3:

表中值:长度单位为mm,体积单位为cm3。

从表3新旧设计主要设计参数效果对比可知,新方法、新设计步骤有如下设计优点:

(1)齿轮模数减小50﹪,便于轮齿的切削加工;

(2)小齿轮的齿数增加54.2﹪,提高了齿轮机构啮合的重合度,有利于机构传动平稳;

(3)大小齿轮的毛坯直径均减小25﹪,降低了齿轮的制造成本;

(4)大小齿轮的体积分别减小55.1﹪、56.6﹪,机构体积小、重量轻,节省了大量材料;

(5)齿轮中心距减小了23﹪,结构趋紧凑。

4结束语

“兴趣是最好的老师”只有激发学生的内心求知欲,才能起到更好的教学效果。教学实践表明利用教学案例使新旧知识相贯通,使学生能够深切体会到学以致用的妙处,从而主动温习旧知识,同时加深了对新知识的理解和热爱,在此过程中培养了学生自主学习和综合运用知识的能力,有利于素质教育对创新型人才的要求。

在此向青岛科技大学机电学院高机131班的全体同学致谢,感谢全体同学参与本课程的教学研讨,提供了可靠的设计依据,共同完成了齿轮设计方法、设计步骤的改进。

摘要：本文列举了笔者实施过程的具体教学例题、与学生们的研讨过程及其最后研讨结果,开阔了学生们对机械设计基础课程学习的思路,充分发挥了学生的主观能动性。

关键词：机械设计基础,教学案例,圆柱齿轮设计,传统设计,最佳设计

参考文献

[1]樊智敏.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2012.

[2]朱东华.机械设计基础[M].北京:机械工业出版社,2008.

[3]孟兆明,李杰,嵇丽霞.对圆柱齿轮设计方法设计步骤的改进[J].橡塑技术与装备,2014,40(16):44-48.

齿轮教学设计 篇8

关键词：AutoLISP DCL 参数化设计；齿根过渡圆弧半径；隐式超越方程

前言

齿轮传动是机械传动中最为常见的机构之一，其中渐开线齿轮应用最广。渐开线齿轮具有传动比准确、传动效率高等优点，在工程实际中被广泛采用。但因渐开线齿廓的复杂性，简单的利用AutoCAD只能借助直线或圆弧拟合渐开线，很难实现渐开线齿廓的精确造型，应用AutoCAD提供的AutoLISP、DCL等二次开发工具为这一问题的解决提供了便利条件。利用AutoLISP在AutoCAD中生成渐开线，合理地结合DCL语言可以方便、快速地实现渐开线齿轮的参数化造型，并对输入参数进行核算，还能根据需要绘制齿顶倒圆和齿根过渡圆弧等，从而大大提高了齿轮参数化设计的工作效率。

1.什么是AutoLISP和DCL

AutoCAD是大家再熟悉不过的绘图软件了，但说到AutoLISP和DCL，恐怕连一般经常用AutoCAD设计的人也会感到陌生。那么，AutoLISP和DCL又是什么呢？

其实，AutoLISP作为嵌入在AutoCAD内部的具有智能特点的编程语言，是开发应用AutoCAD不可缺少的工具。利用它能够实现自动计算、分析、绘图、数据交换等功能，还可以在AutoCAD中定义新命令，为AutoCAD扩充具有一定智能化、参数化的功能，使设计人员的主要精力用于产品的构思和创新设计上，实现真正意义上的计算机辅助设计。简单地说，AutoLISP是AutoCAD进行用户化、专业化二次开发的一个主要工具。[1]

自R12版本开始，AutoCAD就已经实现了人机交互，很多命令通过对话框来完成则更加直观。因此DCL应运而生。DCL是对话框控制语言（Dialogue Control Language）的简称，对话框形象、直观，可以随意输入、随时修改，鼠标、键盘并用，是一种深受用户欢迎的界面。DCL具有语法简单、编写容易（任何文本编辑器均可编写）、通用性好（适用于各版本的AutoCAD平台）等优点。[2]

参考文献：

[1]曾维川，王金敏.AutoCAD R14 繪图基础.天津：天津大学出版社，2000.260～274

[2]吴永进，林美樱.AutoLISP & DCL 基础篇.北京：中国铁道出版社，2002.286～316

[3]张民安.圆柱齿轮精度.北京：中国标准出版社，2002.143～152

[4]王洪欣等.机械设计工程学.徐州：中国矿业大学出版社，2001.135～157