小字體：北京郵電大學《機械設計基礎》課后題解模塊七

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1模塊 七一、填空1、一般開式齒輪傳動的主要失效形式是 齒面磨損 和 輪齒折斷；閉式齒輪傳動的主要失效形式是 齒面點蝕 和 輪齒折斷；閉式軟齒面齒輪傳動的主要失效形式是 齒面點蝕；閉式硬齒面齒輪傳動的主要失效形式是 輪齒折斷。2、對于閉式軟齒面齒輪傳動，按 彎曲疲勞 強度進行校核，這時影響齒輪強度的最主要幾何參數(shù)是 直徑（或中心距）。3、對于開式齒輪傳動，通常只按 彎曲疲勞 強度計算。這時影響齒輪強度的主要幾何參數(shù)是 模數(shù)。 4、一對減速齒輪傳動，若保持兩輪分度圓的直徑不變，減少齒數(shù)并增大模數(shù)，其齒面接觸應力將 不變。5、一對齒輪傳動，若兩輪的材料、熱處理方式及許用應力均相同，只是齒數(shù)不同，則齒數(shù)多的齒輪彎曲強度 高；兩齒輪的接觸疲勞強度 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中，承載能力最高的是 斜齒圓柱齒輪 傳動，承載能力最低的是 直齒圓錐齒輪 傳動。7、齒輪傳動的潤滑方式主要根據(jù)齒輪的圓周速度選擇。閉式齒輪傳動采用油浴潤滑時的油量根據(jù) 傳遞功率 確定。二、選擇1、對于軟齒面的閉式齒輪傳動，其主要失效形式為（C）。A．輪齒疲勞折斷；B．齒面磨損；C．齒面疲勞點蝕；D．齒面膠合。2、高速重載齒輪傳動，當潤滑不良時，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．齒面疲勞點蝕；D．齒面膠合。3、齒輪的齒面疲勞點蝕經(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、設計一對軟齒面減速齒輪傳動，從等強度要求出發(fā)，選擇硬度時應使（B）。A．大、小齒輪的硬度相等； B．小齒輪硬度高于大齒輪硬度；2C．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、一對標準直齒圓柱齒輪，z l = 21，z 2 = 63，則這對齒輪的彎曲應力（C）。A. ＞ ；B. ＜ ；C. = ；D. ≤ 。1F?21F?1F?21F?26、對于開式齒輪傳動，在工程設計中，一般（D）。A．先按接觸強度設計，再校核彎曲強度；B．只需按接觸強度設計；C．先按彎曲強度設計，再校核接觸強度；D．只需按彎曲強度設計。7、設計硬齒面齒輪傳動，當直徑一定，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度；B．提高齒面的接觸疲勞強度；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、一對減速齒輪傳動中，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）不能提高齒輪傳動的齒面接觸疲勞強度。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度。A．直徑不變增大模數(shù) ；B．齒輪負變位；C．由調(diào)質(zhì)改為淬火；D．適當增加齒寬。11、為提高齒輪傳動的接觸疲勞強度，可采取的方法是：（B）。A．采用閉式傳動 ；B．增大傳動的中心距；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．提高齒輪的彎曲強度；B．提高齒面的接觸強度；C．改善齒輪傳動的平穩(wěn)性；D．減少齒輪的塑性變形。13、在以下幾種工況中，（A）齒輪傳動的齒寬系數(shù) ψ d可以取大些。A．對稱布置； B．不對稱布置；C．懸臂布置；D．同軸式減速器布置14、對于齒面硬度≤350 HBS 的齒輪傳動，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；3C．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．使傳動平穩(wěn) ；B．提高傳動效率；C．提高小輪的接觸強度和彎曲強度；D．便于安裝，保證接觸線長。16、錐齒輪的接觸疲勞強度按當量圓柱齒輪的公式計算，當量齒輪的齒數(shù)、模數(shù)是錐齒輪的（B）。A．實際齒數(shù)，大端模數(shù)；B．當量齒數(shù)，平均模數(shù)；C．當量齒數(shù)，大端模數(shù)；D．實際齒數(shù)，平均模數(shù)。17、選擇齒輪的精度等級時主要依據(jù)（D）。A．傳動功率；B．載荷性質(zhì)；C．使用壽命；D．圓周速度。三、簡答（參考答案從略）1、開式和閉式齒輪傳動的失效形式有什么不同？設計準則各是什么？其設計準則針對的失效形式各是什么？答：⑴ 閉式傳動的主要失效形式為齒面點蝕和輪齒的彎曲疲勞折斷。當采用軟齒面（齒面硬度≤350HBS）時，其齒面接觸疲勞強度相對較低。因此設計時首先按齒面接觸疲勞強度條件計算，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度進行校核。當采用硬齒面（齒面硬度＞350HBS）時，一般首先按齒輪的抗彎曲疲勞強度條件進行設計,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度。⑵ 開式傳動的主要失效形式為齒面磨粒磨損。通常按照抗彎曲疲勞強度計算，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%，無須校核接觸強度。2、齒輪的齒根彎曲疲勞裂紋發(fā)生在危險截面輪齒的那一邊？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)生在危險截面受拉一側(cè)。因為交變的齒根彎曲應力超過材料的彎曲疲勞極限應力。措施:首先應對輪齒進行抗彎疲勞強度計算，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、進行齒面強化處理(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。43、齒面點蝕首先發(fā)生在什么部位？為什么？防止點蝕可采取哪些措施？答：一般首先出現(xiàn)在靠近節(jié)線處的齒根表面上。因為輪齒進入嚙合時，輪齒齒面上會產(chǎn)生很大的接觸應力。對于輪齒表面上的某一局部來說，它受到的是交變的接觸應力。如果接觸應力超過了輪齒的許用接觸應力，在載荷的多次反復作用下，齒面表層就會出現(xiàn)不規(guī)則的細微的疲勞裂紋。措施：可采用提高齒面硬度、降低齒面粗糙度、使用黏度較高的潤滑油等措施。4、一對齒輪傳動，如何判斷大、小齒輪中哪個齒面不易出現(xiàn)疲勞點蝕？哪個輪齒不易出現(xiàn)彎曲疲勞折斷？理由如何？答：一對齒輪傳動，一般都是小齒輪容易出現(xiàn)齒面疲勞點蝕，小齒輪容易出現(xiàn)彎曲疲勞折斷；大齒輪不容易出現(xiàn)齒面疲勞點蝕，大齒輪不容易出現(xiàn)彎曲疲勞折斷。因為，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，接觸強度比小齒輪高。大齒輪在工作時，相同時間，比小齒輪循環(huán)次數(shù)少、應變次數(shù)少，不易發(fā)生輪齒疲勞折斷。5、齒輪傳動設計過程中，在確定小齒輪的齒數(shù) z1和模數(shù) m 時，要考慮哪些因素？答：齒數(shù) z：為避免根切，標準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。而對于重要的傳動或重載、高速傳動，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。在滿足彎曲強度的前提下，適當減小模數(shù)，增大齒數(shù)。高速齒輪或?qū)υ肼曈袊栏褚蟮凝X輪傳動建議取z1≧25。模數(shù) m：齒輪模數(shù)必須取標準值。為方便加工測量，一個傳動系統(tǒng)中，齒輪模數(shù)的種類應盡量少。傳遞動力的齒輪，其模數(shù)不宜小于 1.5mm。過小則加工檢驗不便。四、分析與計算1、試設計兩級減速器中的低速級直齒輪傳動。已知：用電動機驅(qū)動，載荷有中等沖擊，齒輪相對于支承位置不對稱，單向運轉(zhuǎn)，傳遞功率 P＝10 kW，低速級主動輪轉(zhuǎn)速nl＝400r／min，傳動比 i＝3.5。解 （1）選擇材料，確定許用應力由表 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 5HBS。由圖 7-10c 和圖 7-12c 分別查得：σ Hlim1=555 MPa σ Hlim2=530 MPa σ Flim1=190 MPa σ Flim2=180 MPa 由表 7-8 查得 SH=1.1， SF=1.4，故， ??MPa5.041.lim1?????MPa 8.41.530H2lim2??S?， 7.3.9FliS FliF因硬度小于 350 HBS，屬軟齒面，按接觸強度設計，再校核彎曲強度。（2）按接觸強度設計計算中心距： ????m 351a12HuKTua??????????① 取[ σ H] = [σ H]2=481 MPa ② 小輪轉(zhuǎn)矩 N 1038.24105.9561 ?????T③ 取齒寬系數(shù) φ a=0.4， i＝ u=3.5由于原動機為電動機，中等沖擊，支承不對稱布置，故選 8 級精度。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)，計算主要尺寸① 選擇齒數(shù)取 z1=20，則 z2=u， z1=3.5×20=70② 確定模數(shù)由公式 a = m（ z1+z2）/ 2 可得： m= 4.98查標準模數(shù)，取 m=5③ 確定中心距6a = m（ z1+z2）/ 2=5×（20+70）/2=225 mm④ 計算齒寬b=φ aa=0.4×225=90 mm為補償兩輪軸向尺寸誤差，取 b1=95 mm， b2=90 mm⑤ 計算齒輪幾何尺寸（此處從略）（4）校核彎曲強度 MPa 21FS1FzbmYKT?? FS222按 z1=20， z2=70 由表 7-9 查得 YFS1=4.34、 YFS2=3.9，代入上式得：σ F1=68.8MPa[σ F]1，安全σ F2=61.8MPa[σ F]2，安全（5）設計齒輪結(jié)構(gòu)，繪制齒輪工作圖。（略）2、設計一對閉式斜齒圓柱齒輪傳動。已知：用單缸內(nèi)燃機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，雙向傳動，齒輪相對于支承位置對稱，要求結(jié)構(gòu)緊湊。傳遞功率 P＝12 kW，低速級主動輪轉(zhuǎn)速 nl＝350 r／min，傳動比 i＝3。解：（1）選擇材料，確定許用應力由表 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：σ Hlim1=1440 MPa σ Hlim2=1360 MPa σ Flim1=370 MPa σ Flim2=360 MPa 由表 7-8 查得 SH=1.3， SF=1.6，故??MPa 1083.41lim1H??? 6.2li2S??a 12.77.0F1lim1F?P 586.30.2li2 ??S?7因硬度大于 350HBS，屬硬齒面，按彎曲強度設計，再校核接觸強度。（2）按彎曲強度設計計算法向模數(shù)： ????m 1cos2.3F2aSn???zuYKTm??1）由于原動機為單缸內(nèi)燃機，載荷平穩(wěn)，支承對稱布置，故選 8 級精度。由表 7-5 選K=1.6。2）小輪轉(zhuǎn)矩 mN 1027.3510.9561 ?????T3）取齒寬系數(shù) ψ a=0.44）初選螺旋角 β =15°5）取 z1=20， i＝ u=3， z2=uz1=3×20=60。當量齒數(shù)：?3vcosZ?zv1=22.19 zv2=66.57由表 7-9 查得 YFS1=4.3、 YFS2=4，比較 YFS/[σ F]YFS1/[σ F]1=4.3/162=0.0265YFS2/[σ F]2=4/158=0.0253YFS1/[σ F]1的數(shù)值大，將該值與上述各值代入式中，得：??????m 4162034. 5cos.2761cos.335F21aSn ??????? ????zuKTm查標準模數(shù)，取 mn=4 mm（3）確定基本參數(shù)，計算主要尺寸1）試算中心距，由表 13-3 中公式 a = mn（ z1+z2）/ 2 cos β 得：ac=165.6 mm，圓整取 a=168 mm2）修正螺旋角 ?????5.168204rcosros21n ??????azm?8螺旋角在 8～25°之間，可用。3）計算齒寬b=φ aa=0.4×168=68 mm為補償兩輪軸向尺寸誤差，取 b1=72 mm， b2=68 mm4）計算齒輪幾何尺寸（按表 13-3 計算，此處從略）（4）校核接觸強度 ????2H235231H MPa 5.7681107.305)(305 ?? ???????buaKT所以安全。（5）設計齒輪結(jié)構(gòu)，繪制齒輪工作圖。（略）