机械设计习题集第十章答案.ppt

第十章一、选择题10-1A、GD、EB、C、F、H、I、J,10-14C10-15B10-16A10-17A10-18C10-19D,二、填空题10-23对齿轮材料的基本要求是：齿面硬，齿芯韧；齿轮传动中，软、硬齿面是以齿面硬度来划分的，当HB350时为软齿面，一般取小、大齿轮的硬度HBS1-HBS2为3050，其原因是小齿轮的循环次数多；当HB350时为硬齿面，一般取小、大齿轮的硬度HBS1=HBS2。,10-2B10-3A10-4B10-5A10-6A10-7C,10-8C10-9A10-10C10-11C10-12A10-13C,10-20A10-21B10-22C,1024在齿轮传动中，获得软齿面的热处理方式有调质、正火，而获得硬齿面的热处理方式有渗碳淬火、整体淬火、表面淬火等。,1025一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是点蚀，闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是断齿，开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，高速重载齿轮传动，当润滑不良时最可能出现的失效形式是胶合。,1026在闭式软齿面齿轮传动中，齿面疲劳点蚀经常首先出现在节线附近靠近齿根处，其原因是该处为单齿啮合区接触应力大、润滑不良摩擦力大。,1027在推导轮齿齿根弯曲疲劳应力计算公式时，其计算模型是悬臂梁，设计的主要参数是模数m和齿宽b。一对齿轮传动中，大、小齿轮的弯曲应力一般不相等。,1028齿轮齿面接触应力计算公式是在赫芝公式的基础上推导出的，影响齿面接触应力最主要的参数是分度圆直径d1和d2(中心距a)和齿宽。一对标准齿轮传动，若中心距、传动比等其他条件保持不变，仅增大齿数z1，而减小模数m，则齿轮的齿面接触疲劳强度不变。,1029渐开线齿轮的齿形系数YFa的物理意义是轮齿形状对弯曲应力的影响，标准直齿圆柱齿轮的YFa值只与齿轮的齿数z和变位系数x有关。设有齿数相同的A、B、C三个标准齿轮，A为标准直齿圆柱齿轮，B为b15的斜齿圆柱齿轮，C为d=30的直齿锥齿轮，试比较这三个齿轮的齿形系数，最小的是C，最大的是A。,1030齿轮的弯曲疲劳强度极限Flim和接触疲劳强度极限Hlim是经持久疲劳试验并按失效概率为1%来确定的，试验齿轮的弯曲应力循环特性为脉动循环。,1031一齿轮传动装置如图所示，轮1为主动，在传动过程中，轮2的齿根弯曲应力按对称循环变化，而其齿面接触应力按脉动循环变化。若求得其齿根最大弯曲应力为300MPa，则最小应力值为300MPa，应力幅值为300MPa，平均应力为0。,1032在斜齿圆柱齿轮传动中，螺旋角既不宜过小，也不宜过大，因为过小，会使得斜齿轮的优点不能充分发挥，而过大又会使得轴向力过大。因此，在设计计算中，的取值应为820，可以通过调整而对中心距进行圆整。,1033填注下表中参数的荐用范围（一般情况下）：,1038标准直齿圆柱齿轮传动，若传动比i，、转矩T1、齿宽b均保持不变，试问在下列条件下齿轮的弯曲应力和接触应力各将发生什么变化?(1)模数m不变，齿数Z1增加；(2)齿数z1不变，模数m增大；(3)齿数zl增加一倍，模数m减小一半。答：,（1）弯曲应力（d1增大，YFaYsa减小），接触应力（d1增大）；,（2）弯曲应力（m增大，d1增大，），接触应力（d1增大）；,（3）弯曲应力（m减小使F大量增大，Z1增大使F少量减小），接触应力不变（d1不变）；,三、分析与思考题,1041有一同学设计闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，方案一其参数为：m=4mm、z1=20、z2=60,经强度计算其齿面接触疲劳强度刚好满足设计要求，但齿根弯曲应力远远小于许用应力，因而又进行了两种方案设计。方案二为：m=2mm、z1=40、z2=120，其齿根弯曲疲劳强度刚好满足设计要求；方案三为：m=2mm、z1=30、z2=90。假设改进后其工作条件、载荷系数K、材料、热处理硬度、齿宽等条件都不变，问：1）改进后的方案二、方案三是否可用？为什么？2）应采用哪个方案更合理？为什么？,解,方案一：,分析：直径d1决定齿面接触疲劳强度，模数m决定齿根弯曲疲劳强度,方案二：,方案三：,1,可用,不可用,(2)方案一与方案二相比较，应采用方案二更合理，因为在强度均满足的条件下，齿数多、模数小有如下优点：1、重合度，传动平稳；2、齿高h，滑动系数，磨损、切削量；3、da，齿坯小，齿轮重量。,1044有一对标准直齿圆柱齿轮传动。有关参数和许用值如下表，试分析比较哪个齿轮的弯曲疲劳强度高?哪个齿轮的接触疲劳强度高?,弯曲强度,答：,接触强度,H1=H2,只比较H1、H2即可,1045现有A、B两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动。其参数如下表所示。其材料及热处理硬度、载荷、工况及制造精度均相同。试分析比较这两对齿轮接触强度及弯曲强度的高低。,解：两对齿轮的材料及热处理硬度、载荷、工况及制造精度均相同，即表示其许用应力都相同，只需比较其计算应力的大小。A:d1=mz1=240=80mmB:d1=mz1=420=80mm,弯曲强度：,每对齿轮都是小齿轮的弯曲应力大，只比小齿轮的弯曲应力。,接触强度：,1046一标准直齿圆柱齿轮传动，若传递载荷不变，齿轮齿数、中心距和许用应力不变，小齿轮转速n1从960r/min降为720r/min。试问要改变何参数，并使该值与原用值之比大致等于多少才能保证该传动具有原来的抗弯曲强度?,1047图示为一二级展开式标准斜齿圆柱齿轮减速器。已知，高速级齿数z1=44,z2=94，模数m12=2.5mm，中心距a12=175mm，齿宽b2=90mm；低速级齿数z3=40，z4=75，模数m34=3mm，中心距a34=175mm，齿宽b4=100mm；四个齿轮的材料相同，许用接触应力分别为：H1H3=550MPa，H2H4=420MPa；传动的摩擦损耗可忽略不计，假设两对齿轮传动的载荷系数K相同。试：,(1)标出齿轮2轮齿螺旋线的旋向，以使II轴轴承上所受轴向力小些；,(2)画出各齿轮的受力图(力的作用点和方向)；,(3)若两对齿轮均为直齿轮，判断哪个齿轮的接触强度最弱。,1049图示为二级圆锥圆柱齿轮减速器简图，输入轴转向n1如图所示。(1)合理确定斜齿轮3和4的螺旋线方向（画在图上），；(2)在图上画出各齿轮的圆周力、径向力和轴向力的方向；(3)轴为输出轴，应从轴的哪端输出扭矩为好？为什么？,应从轴的上端（远离齿轮端）输出扭矩，使弯曲、扭转的变形产生的齿向载荷分布不均抵消一部分。,四、设计计算题1050设计一直齿圆柱齿轮传动，原用材料的许用接触应力为H1=700MPa，H2=600MPa，求得中心距a=100mm；现改用H1=600MPa，H2=400MPa的材料，若齿宽和其它条件不变，为保证接触疲劳强度不变，试计算改用材料后的中心距a。,1051一直齿圆柱齿轮传动，已知zl=20，z2=60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齿轮材料为锻钢，许用接触应力H1=500MPa，H2=430MPa，许用弯曲应力F1=340MPa，F2=280MPa，弯曲载荷系数K=1.85，接触载荷系数K=1.40，求大齿轮所允许的输出转矩T2(不计功率损失)。,解：1、计算弯曲强度允许的输出转矩,2、计算接触强度允许的输出转矩,10一56有一对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，已知小齿轮齿数z1=20，传动比i=3，模数m=4mm，齿宽b=80mm，齿面接触应力H=400MPa，大齿轮齿根弯曲应力F2=50MPa。现可忽略载荷系数K对强度的影响，试求：（1）小齿轮的齿根弯曲应力F1；（2）当其他条变，而b=40mm时的齿面接触应力H和齿根弯曲应力F1、F2；（3）当传动比i及其他条件不变，而z1=40，m=2mm时的齿面接触应力H和齿根弯曲应力F1、F2。,解：（1）,（2）,（2）,10一56有一对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动，已知小齿轮齿数z1=20，传动比i=3，模数m=4mm，齿宽b=80mm，齿面接触应力H=400MPa，大齿轮齿根弯曲应力F2=50MPa。现可忽略载荷系数K对强度的影响，试求：（1）小齿轮的齿根弯曲应力F1；（2）当其他条件不变，而b=40mm时的齿面接触应力H和齿根弯曲应力F1、F2；（3）当传动比i及其他条件不变，而z1=40，m=2mm时的齿面接触应力H和齿根弯曲应力F1、F2。,解：（3）,（2）,1053设计铣床中一对直齿圆柱齿轮传动，已知功率P1=7.5kW，小齿轮主动，转速n1=1450r/min，齿数z1=26，z2=54，双向传动，工作寿命Lh=12000h。小齿轮对轴承非对称布置，轴的刚性较大，工作中受轻微冲击，7级制造精度。,105