淬火、渗碳、氮化等热处理的特性及应用。
③“机械制图”、“公差及互换性测量”方面：齿轮传动精度及公差的选定与标注。
2）要能根据齿轮传动的工作条件及失效情况，辩证的确定设计准则。具体确定设计准则时，应注意掌握几个基本点：损伤出现于轮齿的什么部位，损伤的基本原因，损伤表明了轮齿的什么能力（或强度）不足，以及保证齿轮传动所需工作寿命应采取的措施等。
3）掌握好有关金属材料及热处理的基本知识是学好§10-3的先决条件。这里必须注意两点：一是选材时要遵循“齿面要硬，齿芯要韧”的基本原则；而是要密切结合生产实际，除了特殊需要外，一般应考虑生产单位所能提供的材料及毛坯，并力求符合技术经济原则。
4）讲授§10-4时，主要是注意讲清楚KA、Kβ、KV、Kα个系数的4个系数的基本含义、实质以及它们之间的差别。对减小Kβ、KV措施有个基本认识即可。要学会查用各个系数的图表。查用图表时应注意有关说明及表注。查取齿轮的KV（图10-8）时，应注意横坐标v为齿轮的节线速度、对标准圆柱齿轮，v就是齿轮分度圆处的圆周速度。在查取系数Kβ时，一般应按小齿轮相对支承的位臵、齿宽系数Фd大小、齿宽及齿轮的精度等级，先从表10-4中查取接触强度计算用的齿向载荷分布系数KHβ，然后再按KHβ的值从图10-13中查取弯曲强度计算用的齿向载荷分布系数KFβ
5) §10-5为齿轮强度计算的主要内容,并且是§10-7、§10-8的基础。 从设计准则到实用的强度计算公式,有一个如何处理及演化的过程。要综合考虑轮齿的啮合位臵(是单齿对啮合还是双齿对啮合)及实际啮合状况(齿轮精度高低误差大小及轮齿的弹性变形大小),从齿顶进入啮合起,到齿根退出啮合止(或相反),沿整个工作齿廓找几个有代表性的啮合位臵,逐一分析,对比轮齿受载情况及产生应力的大小,从而确定按轮齿的哪一个啮合位臵计算其强度(齿根及齿面强度)较为合理,并符合实际情况。
对于按照分析所得结论导出设计公式的过程,只要求能够看懂,能说清楚是按什么准则什么结论建立的,公式中各符号的含义以及如何分别确定它们的代入数值和单位。
6) 必须注意,轮齿的受力分析是个不能忽视的问题,如果把力的大小或方向搞错了,就会带来一系列的错误,甚至造成严重的后果。所以对轮齿受力的分析应当着重学习,并多作几次练习。
直齿圆柱齿轮的受力分析比较简单,但它是斜齿轮和圆锥齿轮受力分析的基础。学习直齿圆柱齿轮的受力分析时(参看图10-14)就应明确记住:力的作用点为节点P,正压力Fn在法面αbcP内沿啮合线指向齿面,主动轮的圆周力Ftl的方向与齿轮的转向相反,径向力Fr1的方向沿半径指向轴线,从动轮所受的力与主动轮上的力大小相等,方向相反。各力的数值按式 (10-3) 计算。
7)凡是影响轮齿形状的因素都要影响到系数 YFa 及 Ysa。影响轮齿形状的因素
?有基准齿形(它包含4个参数:?n、h?a、c、及?,内、外齿,齿数及变位系数。因此
??查用系数YFa 、Ysa 的图表时,一定要注意这几个影响因素是否与设计的情况相符,若有一个不符,都不能查用。表10一5所列的系数YFa 、Ysa为标准外齿轮(变位系数z=O)的数值。其它说明见表注。
8)实际选定齿轮的设计参数(z1及Фd )时,不必受书上荐用数值的限制。要做到合适,应参考现有机器设备,并逐渐从实践中积累经验。
计算许用应力时所用的σlim、KN值都是通过实验确定的。其中极限应力σ1im是按失效概率为 1%确定的,也就是说安全系数S取为1时,从概率的意义上说，会在设计的使用期间失效的齿轮 只占1%。对接触疲劳强度计算,由于点蚀破坏后只引起噪声、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,就会引起严重的事故,因此在进行齿根弯曲疲劳强度计算时取S=SF=1.25～1.5。
图10-20 、10-21中,相应于材料的每一个硬度值,σlim的值分别给出了代表材料质量等级的3条线ME、MQ和ML。其中ME表示齿轮材料和热处理质量达到很高要求时的极限应力取值线；MQ表示齿轮材料和热处理质量达到中等要求时的极限应力取值线；ML表示齿轮材料和热处理质量达到最低要求时的极限应力取值线。在对齿轮材料质量的情况不甚清楚的前提下, 宜在MQ线上查取齿轮材料的极限应力值。
9)齿轮的精度及公差主要应在“公差及互换性测量”课程中学习,本章只要求能够正确地选择和应用它们。
10)从教材第212页“齿轮传动的强度计算说明”中应注意明确两点：一为设计齿轮时应以哪一个许用弯曲应力值[或[σ]F/(YFaYSa )]代入设计公式计算才算合理；二为确定齿轮许用接触应力[σ]H的办法。
11)斜齿轮与直齿轮的强度计算基本原理是一样的,因而学习的重点主要是掌
握它的计算特点。
斜齿圆柱齿轮强度计算的特点为：
①斜齿轮轮齿上所受的力及其强度都按法面分析计算,故应采用法面上的各个参数。按表10-5查取斜齿轮的系数YFa、YSa时,必须按当量齿数zv查表。
②搞清强度计算式中引入重合度??，弯曲强度计算式中引入螺旋角影响系数Y
β
的意义。
③接触强度计算式中仅系数ZH的含义与直齿轮的不同。各公式的推导只要能看
懂即可。式(10-18)不必深究。
12)§10-7中另一个重要内容是轮齿的受力分析。与直齿轮比较(对比图10-14)，因斜齿轮的齿向偏斜了一个β角（图10-24）， 轮齿的法面abcP也跟着转过一个β角,但正压力Fn仍作用在法面内并指向齿面。正压力Fn分解成Ft、Fr、Fa三个相互垂直的分力。力的作用点及主动轮上的作用力Ft1、 Fr1的方向仍按对直齿轮的规定进行确定。主动轮的轴向力Fa1的方向,应根据分析理解来判断,亦可按左旋齿用左手(右旋齿用右手)四指弯曲表示主动齿轮的回转方向,则大拇指伸直的方向就是Fa1的方向(不适用从动轮)。从动轮所受各力仍按作用力与反作用力大小相等、方向相反的规律确定。
各力的数值按式（10-14）计算。Fn的计算式除教材给出的推导方法外,还可如下推得：参看图10-24，先在啮合平面b′beP内把Fn分解为Fa及在端面a′b′cP内的分力Fn,然后再将Fncos?b在端面内分解为Fr及Ft?Fncos?bcos?t，从而得到
Fn?Ft?cos?b?cos?t?。不论用何种方法分解，所得F、F、F、的数值均不变。
t
r
a
13）对圆锥齿轮传动设计计算的学习重点亦是掌握其特点。处理直齿圆锥齿轮传动设计计算最基本的一点,就是把直齿圆锥齿轮的强度看作是与其平均分度圆处的当量直齿圆柱齿轮的强度相当，因而强度计算式及其推导过程都可沿用直齿圆柱齿轮的，只是采用直齿圆锥齿轮平均分度圆处的当量圆柱齿轮的参数而
已。这一基本特点应切实掌握。
14）直齿圆锥齿轮的受力分析，应注意掌握它与直齿圆柱齿轮的不同之点(见图10-34)。圆锥齿轮的轮齿向一端下倾了一个δ角。正压力Fn亦分解为 Ft、Fa、Fr三个方向相互垂直的分力。只是必须注意一点,求从动轮的各分力时,由于主、从动轮的轴线相互垂直,因而主动轮的径向力Fr1就与从动轮的轴线平行,得Fr1与Fa2大小相等,方向相反；而轴向力Fa1则垂直从动轮的轴线，得Fa1与Fr2大小相等,方向相反。主动轮的Ft1、Fr1 的方向仍沿用直齿圆柱齿轮受力分析的规定来确定,Fa的方向不论是主动轮还是从动轮都是由锥顶指向大端(使主、从动轮相互分离。若是分析的结果,轴向力是使主、从动轮相互挤紧,那就错了)。
15）对变位齿轮传动的设计仅要求有个原则性的认识，能搞清下列三个基本点即可：
①变位齿轮的弯曲强度或接触强计算公式皆沿用标准齿轮的计算公式，但应注意，变为后的齿形及轮齿的啮合情况都有改变，系数YFa、YSa、ZH之值要按所定变位系数之值查相应的图表。
②如何通过变位来提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。 ③按节圆及其参数(α′、β′)作受力分析。
16）教材中对齿轮的结构设计只作了原则性的说明,实际设计时应从生产条件出发,作全面的工艺性考虑。为了装配圆柱齿轮时不致因轴向错位而导致啮合齿宽减小,往往把小齿轮的齿宽在计算齿宽的基础上再加宽一些。各式齿轮的结构及尺寸可参考生产图纸或有关手册。
17）齿轮传动的润滑是个重要问题 , 而且是一种专门性的学问，§10-11只作了简要介绍,若须深入了解时, 应学习有关专门性著作。
18）作习题时应当注意，本章编入的习题较多，但并不要求都做，除第1题必须做之外，其它题可根据读者的工作性质或学习的专业，从中挑选较为合适的进行练习即可,也可自行拟订题目。做题之先应仔细学习例题,注意搞清解题步骤和切实学会查用有关图表数据。作题时应针对题目性质选取合适的配对齿轮的材料、热处理(包括硬度)、精度、z1及d等,尽可能反映设计的合理性。计算完毕后最好绘制一张齿轮工作图，例如图10-32。
三、本章教学工作的组织及学时分配
本章的教学内容安排10个学时。以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。安排一次习题课、安排一个结构设计作业、安排一次参观。
第十一章 蜗杆传动
一、本章主要内容、特点及教学要求
1. 主要内容
蜗杆传动是用来传递空间互相垂直的两相错轴之间的运动和动力的,是一种大传动比的传动机构。本章主要介绍普通圆柱蜗杆传动及圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数、几何尺寸计算、承载能力计算及热平衡计算。附带介绍几种新型蜗杆传动的特点及应用。
2. 特点
1)蜗杆传动在啮合传动中有相当大的滑动 , 因而它的失效形 式主要是胶合、磨损及点蚀。
2）普通圆柱蜗杆共分为阿基米德蜗杆(ZA型)、渐开线蜗杆(ZI型)、法向直廓蜗杆(ZN型)和锥面包络蜗杆(ZK型)四种,国标推荐采用ZI和ZK这两种蜗杆。普通圆柱蜗杆传动在中间平面内相当于齿条与齿轮的传动, 其承载能力可仿照圆柱齿轮承载能力的计算方法进行计算。
3）圆弧圆柱蜗杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似,只是齿廓形状有所区别。在中间平面上,蜗杆的齿廓为凹弧形,而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形,见图11-8 所示。
4）对一般闭式的动力蜗杆传动,必须进行热平衡计算。 3. 教学要求
1) 掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法。 2) 学会进行蜗杆传动的力分析及其强度计算。 3）了解蜗杆传动的热平衡原理和计算方法。
4) 了解蜗杆传动的类型、变位及蜗杆的刚度计算等。
《机械设计基础》教案
