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

1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；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(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，z l = 21，z 2 = 63，則這對(duì)齒輪的彎曲應(yīng)力（C）。A. ；B. ；C. = ；D. 。1F21F1F21F26、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直徑不變增大模數(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) d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；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(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。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： 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。 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。43、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)椋簖X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=17cos。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z125。模數(shù) m：齒輪模數(shù)必須取標(biāo)準(zhǔn)值。為方便加工測量，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 P10 kW，低速級(jí)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速nl400rmin，傳動(dòng)比 i3.5。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 5HBS。由圖 7-10c 和圖 7-12c 分別查得： Hlim1=555 MPa Hlim2=530 MPa Flim1=190 MPa Flim2=180 MPa 由表 7-8 查得 SH=1.1， SF=1.4，故， MPa5.041.lim1MPa 8.41.530H2lim2S， 7.3.9FliS FliF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： m 351a12HuKTua 取 H = H2=481 MPa 小輪轉(zhuǎn)矩 N 1038.24105.9561 T 取齒寬系數(shù) a=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 選擇齒數(shù)取 z1=20，則 z2=u， z1=3.5×20=70 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 確定中心距6a = m（ z1+z2）/ 2=5×（20+70）/2=225 mm 計(jì)算齒寬b= aa=0.4×225=90 mm為補(bǔ)償兩輪軸向尺寸誤差，取 b1=95 mm， b2=90 mm 計(jì)算齒輪幾何尺寸（此處從略）（4）校核彎曲強(qiáng)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： F1=68.8MPa F1，安全 F2=61.8MPa F2，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 P12 kW，低速級(jí)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 nl350 rmin，傳動(dòng)比 i3。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： Hlim1=1440 MPa Hlim2=1360 MPa Flim1=370 MPa Flim2=360 MPa 由表 7-8 查得 SH=1.3， SF=1.6，故MPa 1083.41lim1H 6.2li2Sa 12.77.0F1lim1FP 586.30.2li2 S7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)： m 1cos2.3F2aSnzuYKTm1）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 mN 1027.3510.9561 T3）取齒寬系數(shù) a=0.44）初選螺旋角 =15°5）取 z1=20， i u=3， z2=uz1=3×20=60。當(dāng)量齒數(shù)：3vcosZzv1=22.19 zv2=66.57由表 7-9 查得 YFS1=4.3、 YFS2=4，比較 YFS/ FYFS1/ F1=4.3/162=0.0265YFS2/ F2=4/158=0.0253YFS1/ F1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(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 cos 得：ac=165.6 mm，圓整取 a=168 mm2）修正螺旋角 5.168204rcosros21n azm8螺旋角在 825°之間，可用。3）計(jì)算齒寬b= aa=0.4×168=68 mm為補(bǔ)償兩輪軸向尺寸誤差，取 b1=72 mm， b2=68 mm4）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 2H235231H MPa 5.7681107.305)(305 buaKT所以安全。（5）設(shè)計(jì)齒輪結(jié)構(gòu)，繪制齒輪工作圖。（略）