北京郵電大學(xué)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課后題解模塊七.doc

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模塊 七 一、填空 1、一般開式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是 齒面磨損 和 輪齒折斷；閉式齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是 齒面點(diǎn)蝕 和 輪齒折斷；閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是 齒面點(diǎn)蝕；閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)的主要失效形式是 輪齒折斷。 2、對(duì)于閉式軟齒面齒輪傳動(dòng)，按 彎曲疲勞 強(qiáng)度進(jìn)行校核，這時(shí)影響齒輪強(qiáng)度的最主要幾何參數(shù)是 直徑（或中心距）。 3、對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，通常只按 彎曲疲勞 強(qiáng)度計(jì)算。這時(shí)影響齒輪強(qiáng)度的主要幾何參數(shù)是 模數(shù)。 4、一對(duì)減速齒輪傳動(dòng)，若保持兩輪分度圓的直徑不變，減少齒數(shù)并增大模數(shù)，其齒面接觸應(yīng)力將 不變。 5、一對(duì)齒輪傳動(dòng)，若兩輪的材料、熱處理方式及許用應(yīng)力均相同，只是齒數(shù)不同，則齒數(shù)多的齒輪彎曲強(qiáng)度 高；兩齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度 相等。 6、在材料、熱處理及幾何參數(shù)均相同的直齒圓柱、斜齒圓柱和直齒圓錐三種齒輪傳動(dòng)中，承載能力最高的是 斜齒圓柱齒輪 傳動(dòng)，承載能力最低的是 直齒圓錐齒輪 傳動(dòng)。 7、齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方式主要根據(jù)齒輪的圓周速度選擇。閉式齒輪傳動(dòng)采用油浴潤(rùn)滑時(shí)的油量根據(jù) 傳遞功率 確定。 二、選擇 1、對(duì)于軟齒面的閉式齒輪傳動(dòng)，其主要失效形式為（C）。 A．輪齒疲勞折斷；B．齒面磨損；C．齒面疲勞點(diǎn)蝕；D．齒面膠合。 2、高速重載齒輪傳動(dòng)，當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，最可能出現(xiàn)的失效形式為（D）。 A．輪齒疲勞折斷；B．齒面磨損；C．齒面疲勞點(diǎn)蝕；D．齒面膠合。 3、齒輪的齒面疲勞點(diǎn)蝕經(jīng)常發(fā)生在（D）。 A．靠近齒頂處；B．靠近齒根處；C．節(jié)線附近的齒頂一側(cè)；D．節(jié)線附近的齒根一側(cè)。 4、設(shè)計(jì)一對(duì)軟齒面減速齒輪傳動(dòng)，從等強(qiáng)度要求出發(fā)，選擇硬度時(shí)應(yīng)使（B）。 A．大、小齒輪的硬度相等； B．小齒輪硬度高于大齒輪硬度； C．大齒輪硬度高于小齒輪硬度；D．小齒輪用硬齒面，大齒輪用軟齒面。 5、一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，zl = 21，z2 = 63，則這對(duì)齒輪的彎曲應(yīng)力（C）。 A. ＞ ；B. ＜；C. = ；D. ≤。 6、對(duì)于開式齒輪傳動(dòng)，在工程設(shè)計(jì)中，一般（D）。 A．先按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核彎曲強(qiáng)度；B．只需按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)； C．先按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核接觸強(qiáng)度；D．只需按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。 7、設(shè)計(jì)硬齒面齒輪傳動(dòng)，當(dāng)直徑一定，常取較少的齒數(shù)，較大的模數(shù)以（A）。 A．提高輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度；B．提高齒面的接觸疲勞強(qiáng)度； C．減少加工切削量，提高生產(chǎn)率；D．提高輪齒抗塑性變形能力。 8、一對(duì)減速齒輪傳動(dòng)中，若保持分度圓直徑d1不變，而減少齒數(shù)并增大模數(shù)，其齒面接觸應(yīng)力將（C）。 A．增大；B．減??；C．保持不變；D．略有減小。 9、在下面的各種方法中，（A）不能提高齒輪傳動(dòng)的齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 A．直徑d不變而增大模數(shù)；B．改善材料；C．增大齒寬b ；D．增大齒數(shù)以增大d。 10、在下面的各種方法中，（B）不能增加齒輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度。 A．直徑不變?cè)龃竽?shù) ；B．齒輪負(fù)變位；C．由調(diào)質(zhì)改為淬火；D．適當(dāng)增加齒寬。 11、為提高齒輪傳動(dòng)的接觸疲勞強(qiáng)度，可采取的方法是：（B）。 A．采用閉式傳動(dòng) ；B．增大傳動(dòng)的中心距； C．模數(shù)不變，減少齒數(shù)；D．中心距不變，增大模數(shù)。 12、圓柱齒輪傳動(dòng)的中心距不變，減小模數(shù)、增加齒數(shù)，可以（C） A．提高齒輪的彎曲強(qiáng)度；B．提高齒面的接觸強(qiáng)度； C．改善齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性；D．減少齒輪的塑性變形。 13、在以下幾種工況中，（A）齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)ψd可以取大些。 A．對(duì)稱布置； B．不對(duì)稱布置；C．懸臂布置；D．同軸式減速器布置 14、對(duì)于齒面硬度≤350 HBS的齒輪傳動(dòng)，若大、小齒輪均采用45鋼，一般采取的熱處理方式為（C）。 A．小齒輪淬火，大齒輪調(diào)質(zhì) ；B．小齒輪淬火，大齒輪正火； C．小齒輪調(diào)質(zhì)，大齒輪正火 ；D．小齒輪正火，大齒輪調(diào)質(zhì)。 15、一對(duì)圓柱齒輪，常把小齒輪的寬度做得比大齒輪寬些，是為了（C）。 A．使傳動(dòng)平穩(wěn) ；B．提高傳動(dòng)效率； C．提高小輪的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度；D．便于安裝，保證接觸線長(zhǎng)。 16、錐齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度按當(dāng)量圓柱齒輪的公式計(jì)算，當(dāng)量齒輪的齒數(shù)、模數(shù)是錐齒輪的（B）。 A．實(shí)際齒數(shù)，大端模數(shù)；B．當(dāng)量齒數(shù)，平均模數(shù)； C．當(dāng)量齒數(shù)，大端模數(shù)；D．實(shí)際齒數(shù)，平均模數(shù)。 17、選擇齒輪的精度等級(jí)時(shí)主要依據(jù)（D）。 A．傳動(dòng)功率；B．載荷性質(zhì)；C．使用壽命；D．圓周速度。 三、簡(jiǎn)答（參考答案從略） 1、開式和閉式齒輪傳動(dòng)的失效形式有什么不同？設(shè)計(jì)準(zhǔn)則各是什么？其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則針對(duì)的失效形式各是什么？ 答：⑴ 閉式傳動(dòng)的主要失效形式為齒面點(diǎn)蝕和輪齒的彎曲疲勞折斷。當(dāng)采用軟齒面（齒面硬度≤350HBS）時(shí)，其齒面接觸疲勞強(qiáng)度相對(duì)較低。因此設(shè)計(jì)時(shí)首先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度條件計(jì)算，并確定齒輪主要參數(shù)和尺寸，然后再按輪齒的抗彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。當(dāng)采用硬齒面（齒面硬度＞350HBS）時(shí)，一般首先按齒輪的抗彎曲疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì),確定齒輪的模數(shù)及其主要幾何參數(shù),然后再校核其齒面接觸疲勞強(qiáng)度。 ⑵ 開式傳動(dòng)的主要失效形式為齒面磨粒磨損。通常按照抗彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算，確定齒輪的模數(shù)及其他參數(shù)，但考慮磨粒磨損的影響再將模數(shù)增大10%～20%，無須校核接觸強(qiáng)度。 2、齒輪的齒根彎曲疲勞裂紋發(fā)生在危險(xiǎn)截面輪齒的那一邊？為什么？為提高輪齒抗彎曲疲勞折斷的能力，可采取哪些措施？ 答：疲勞裂紋首先發(fā)生在危險(xiǎn)截面受拉一側(cè)。因?yàn)榻蛔兊凝X根彎曲應(yīng)力超過材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力。措施:首先應(yīng)對(duì)輪齒進(jìn)行抗彎疲勞強(qiáng)度計(jì)算，使齒輪必須具有足夠的模數(shù)；其次采用增大齒根過渡圓半徑、降低表面粗糙度、進(jìn)行齒面強(qiáng)化處理(如噴丸)、減輕加工過程中的損傷等工藝措施，提高輪齒抗疲勞折斷的能力；再次應(yīng)盡可能消除載荷分布不均勻的現(xiàn)象，有效避免輪齒的局部折斷。 3、齒面點(diǎn)蝕首先發(fā)生在什么部位？為什么？防止點(diǎn)蝕可采取哪些措施？ 答：一般首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線處的齒根表面上。因?yàn)檩嘄X進(jìn)入嚙合時(shí)，輪齒齒面上會(huì)產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力。對(duì)于輪齒表面上的某一局部來說，它受到的是交變的接觸應(yīng)力。如果接觸應(yīng)力超過了輪齒的許用接觸應(yīng)力，在載荷的多次反復(fù)作用下，齒面表層就會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的細(xì)微的疲勞裂紋。措施：可采用提高齒面硬度、降低齒面粗糙度、使用黏度較高的潤(rùn)滑油等措施。 4、一對(duì)齒輪傳動(dòng)，如何判斷大、小齒輪中哪個(gè)齒面不易出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕？哪個(gè)輪齒不易出現(xiàn)彎曲疲勞折斷？理由如何？ 答：一對(duì)齒輪傳動(dòng)，一般都是小齒輪容易出現(xiàn)齒面疲勞點(diǎn)蝕，小齒輪容易出現(xiàn)彎曲疲勞折斷；大齒輪不容易出現(xiàn)齒面疲勞點(diǎn)蝕，大齒輪不容易出現(xiàn)彎曲疲勞折斷。 因?yàn)?，大齒輪分度圓直徑大（基圓直徑大）漸開線齒廓曲率小、齒廓較為平直，接觸強(qiáng)度比小齒輪高。大齒輪在工作時(shí)，相同時(shí)間，比小齒輪循環(huán)次數(shù)少、應(yīng)變次數(shù)少，不易發(fā)生輪齒疲勞折斷。 5、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)過程中，在確定小齒輪的齒數(shù)z1和模數(shù)m時(shí)，要考慮哪些因素？ 答：齒數(shù)z：為避免根切，標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪最小齒數(shù)zmin=17，斜齒圓柱齒輪zmin=17cosβ。大齒輪齒數(shù)為小齒輪齒數(shù)的整數(shù)倍，跑合性能好。而對(duì)于重要的傳動(dòng)或重載、高速傳動(dòng)，大小齒輪的齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)，這樣輪齒磨損均勻，有利于提高壽命。在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)減小模數(shù)，增大齒數(shù)。高速齒輪或?qū)υ肼曈袊?yán)格要求的齒輪傳動(dòng)建議取z1≧25。 模數(shù)m：齒輪模數(shù)必須取標(biāo)準(zhǔn)值。為方便加工測(cè)量，一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中，齒輪模數(shù)的種類應(yīng)盡量少。傳遞動(dòng)力的齒輪，其模數(shù)不宜小于1.5mm。過小則加工檢驗(yàn)不便。 四、分析與計(jì)算 1、試設(shè)計(jì)兩級(jí)減速器中的低速級(jí)直齒輪傳動(dòng)。已知：用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷有中等沖擊，齒輪相對(duì)于支承位置不對(duì)稱，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，傳遞功率P＝10 kW，低速級(jí)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速nl＝400r／min，傳動(dòng)比i＝3.5。 解 （1）選擇材料，確定許用應(yīng)力 由表7-1，小輪選用45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度為220 HBS，大輪選用45鋼，正火，硬度為190 HBS。 由圖7-10c和圖7-12c分別查得： σHlim1=555 MPa σHlim2=530 MPa σFlim1=190 MPa σFlim2=180 MPa 由表7-8查得SH=1.1， SF=1.4，故 ， ， 因硬度小于350 HBS，屬軟齒面，按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核彎曲強(qiáng)度。 （2）按接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 計(jì)算中心距： ① 取[σH] = [σH]2=481 MPa ② 小輪轉(zhuǎn)矩 ③ 取齒寬系數(shù)φa=0.4，i＝u=3.5 由于原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，中等沖擊，支承不對(duì)稱布置，故選8級(jí)精度。由表7-5選K=1.5。 將以上數(shù)據(jù)代入，得初算中心距ac=223.7mm （3）確定基本參數(shù)，計(jì)算主要尺寸 ① 選擇齒數(shù) 取z1=20，則z2=u，z1=3.520=70 ② 確定模數(shù) 由公式a = m（z1+z2）/ 2可得：m= 4.98 查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，取m=5 ③ 確定中心距 a = m（z1+z2）/ 2=5（20+70）/2=225 mm ④ 計(jì)算齒寬 b=φaa=0.4225=90 mm 為補(bǔ)償兩輪軸向尺寸誤差，取b1=95 mm，b2=90 mm ⑤ 計(jì)算齒輪幾何尺寸（此處從略） （4）校核彎曲強(qiáng)度 按z1=20，z2=70由表7-9查得YFS1=4.34、YFS2=3.9，代入上式得： σF1=68.8MPa<[σF]1，安全 σF2=61.8MPa<[σF]2，安全 （5）設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)，繪制齒輪工作圖。（略） 2、設(shè)計(jì)一對(duì)閉式斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。已知：用單缸內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，雙向傳動(dòng)，齒輪相對(duì)于支承位置對(duì)稱，要求結(jié)構(gòu)緊湊。傳遞功率P＝12 kW，低速級(jí)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速nl＝350 r／min，傳動(dòng)比i＝3。 解：（1）選擇材料，確定許用應(yīng)力 由表7-1，兩輪均選用20CrMnTi，滲碳淬火，小輪硬度為59 HRC，大輪56 HRC。 由圖7-10d和圖7-12d分別查得： σHlim1=1440 MPa σHlim2=1360 MPa σFlim1=370 MPa σFlim2=360 MPa 由表7-8查得SH=1.3， SF=1.6，故 因硬度大于350HBS，屬硬齒面，按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再校核接觸強(qiáng)度。 （2）按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 計(jì)算法向模數(shù)： 1）由于原動(dòng)機(jī)為單缸內(nèi)燃機(jī)，載荷平穩(wěn)，支承對(duì)稱布置，故選8級(jí)精度。由表7-5選K=1.6。 2）小輪轉(zhuǎn)矩 3）取齒寬系數(shù)ψa=0.4 4）初選螺旋角β=15 5）取z1=20，i＝u=3，z2=uz1=320=60。當(dāng)量齒數(shù)： zv1=22.19 zv2=66.57 由表7-9查得YFS1=4.3、YFS2=4， 比較YFS/[σF] YFS1/[σF]1=4.3/162=0.0265 YFS2/[σF]2=4/158=0.0253 YFS1/[σF]1的數(shù)值大，將該值與上述各值代入式中，得： 查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，取mn=4 mm （3）確定基本參數(shù)，計(jì)算主要尺寸 1）試算中心距，由表13-3中公式a = mn（z1+z2）/ 2 cosβ得： ac=165.6 mm，圓整取a=168 mm 2）修正螺旋角 螺旋角在8～25之間，可用。 3）計(jì)算齒寬 b=φaa=0.4168=68 mm 為補(bǔ)償兩輪軸向尺寸誤差，取b1=72 mm，b2=68 mm 4）計(jì)算齒輪幾何尺寸（按表13-3計(jì)算，此處從略） （4）校核接觸強(qiáng)度 所以安全。 （5）設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)，繪制齒輪工作圖。（略）