机械设计作业集10答案新版河南科技大学.pdf

机械设计作业集 1 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 第十章 齿轮传动 一 选择题 10 1 在齿轮传动的设计计算中 对下列参数和尺寸应标准化的有 A G 应圆整的有D E 没有标准化也不应圆整的有B C F H I J A 斜齿轮的法面模数mnB 斜齿轮的端面模数mtC 直齿轮中心距a D 斜齿轮中心距aE 齿宽 BF 齿厚 sG 分度圆压力角 H 螺旋角 I 锥距 RJ齿顶圆直径da 10 2 材料为 20Cr 钢的硬齿面齿轮 适宜的热处理方法是 B A 整体淬火B 渗碳淬火C 调质D 表面淬火 10 3 将材料为45 钢的齿轮毛坯加工成为6 级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮 该齿轮制造工艺顺序 应是 A 为宜 A 滚齿 表面淬火 磨齿B 滚齿 磨齿 表面淬火 C 表面淬火 滚齿 磨齿D 滚齿 调质 磨齿 10 4 为了提高齿轮传动的齿面接触强度应 B A 分度圆直径不变增大模数B 增大分度圆直径 C 分度圆直径不变增加齿数D 减小齿宽 10 5 为了提高齿轮齿根弯曲强度应 A A 增大模数B 增大分度圆直径C 增加齿数D 减小齿宽 10 6 一减速齿轮传动 主动轮1 和从动轮2 的材料 热处理及齿面硬度均相同 则两轮齿根的 弯曲应力 A A F1 F2 B F1H2B H1YFa2 B YFa1 YFa2 C YFa1 YFa2 机械设计作业集 2 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 10 12 有两个标准直齿圆柱齿轮 齿轮1 的模数 m1 5mm 齿数 zl 30 齿轮 2 的模数 m2 3mm 齿数 z2 50 则齿形系数和应力校正系数的乘积 YFa1YSa1 A YFa2YSa2 A 大于B 等于C 小于D 不一定大于 等于或小于 10 13 圆柱齿轮传动中 常使小齿轮齿宽b1略大于大齿轮齿宽 b2 其目的是 C A 提高小齿轮齿面接触强度B 提高小齿轮齿根弯曲强度 C 补偿安装误差 以保证全齿宽接触D 减少小齿轮载荷分布不均 10 14 对于重要的齿轮传动 可将齿顶进行修缘 目的是 C A 减小齿间载荷分配不均B 减小齿向载荷分配不均C 减小附加动载荷 10 15 在齿轮传动中 将齿轮轮齿加工成鼓形齿的目的是 B A 减小动载荷B 改善载荷沿齿向分布不均C 提高齿轮的传动精度 10 16 齿轮传动中 动载系数Kv主要是考虑 A 因素对齿轮传动的影响 A 齿轮自身制造精度引起的误差B 载荷沿齿宽分布不均 C 双齿啮合时的载荷分配不均D 齿轮以外的其它 10 17 齿轮接触强度计算中的材料弹性系数ZE反映了 A 对齿面接触应力的影响 A 齿轮副材料的弹性模量和泊松比B 齿轮副材料的弹性极限 C 齿轮副材料的强度极限D 齿轮副材料的硬度 10 18 对于闭式软齿面齿轮传动 在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度的前提下 齿数宜适当取 多些 其目的是 C A 提高轮齿的弯曲强度B 提高齿面的接触强度 C 提高传动的平稳性 10 19 对于闭式硬齿面齿轮传动 宜取较少齿数以增大模数 其目的是 D A 提高齿面接触强度B 减小滑动系数 提高传动效率 C 减小轮齿的切削量D 保证轮齿的弯曲强度 10 20 设计一对齿数不同的齿轮传动 若需校核其弯曲强度时 一般应 A A 对大 小齿轮分别校核B 只需校核小齿轮 C 只需校核大齿轮D 应校核哪一个齿轮 无法判断 10 21 在齿轮传动中 为减少动载荷 可采取的措施是 B A 改用好材料B 提高齿轮制造精度 C 降低润滑油粘度D 加大模数 10 22 直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以 C 的当量圆柱齿轮为基础 A 大端B 小端C 齿宽中点处 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 HB 350 时为软齿面 一般取小 大齿轮的硬度HBS1 HBS2为 30 50 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HBS 1 HBS2 10 24 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 10 25 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 机械设计作业集 3 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 10 26 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 摩擦力 大润滑不良 10 27 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 一对齿轮传动中 大 小齿轮的弯曲应力不相等 10 28 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 中心距a 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 10 29 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 15o的斜齿圆柱齿轮 C 为 30o 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 10 30 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 10 31 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 10 32 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 8 20 可以通过调整 而对中心距进行圆整 10 33 填注下表中参数的荐用范围 一般情况下 三 分析与思考题 10 34 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下 如何提高轮齿的抗折断能力 答 1 加大齿根圆角半径 以减小应力集中 2 增加轴的刚性 使受载均匀 3 采用合适的热处理使齿芯具有足够的韧性 4 对齿根进行强化处理 10 35 齿面点蚀一般首先发生在轮齿的什么部位 在开式齿轮传动中 为什么一般不出现点蚀破 坏 如何提高齿面抗点蚀的能力 答 齿面点蚀一般首先发生在轮齿节线附近靠近齿根处 开式齿轮传动的主要失效是磨损 还没 有出现点蚀就可能已磨损了 措施 1 提高齿面硬度 降低粗糙度 2 提高润滑油粘度 3 采用正传动 提高综合曲率半径 减小接触应力 软齿面z1 20 40 硬齿面z1 17 25 30 z1 17 20 8 20 m2 mm b1 b2 5 10 mm 传递动力的齿轮模数 m 大 小齿轮的齿宽 齿 轮 传 动 直齿圆柱齿轮齿数z1 闭式 开式 斜齿圆柱齿轮的螺旋角 1 2 3 机械设计作业集 4 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 10 36 软齿面齿轮和硬齿面齿轮是如何划分的 软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区 别 为什么 答 根据齿面硬度划分 HBF2 大 小齿轮弯曲强度相等的条件是 1212 121122 FFFF FFFaSaFaSa YYYY 或 12HH 机械设计作业集 5 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 试分析一对标准直齿圆柱齿轮传动 在中心距和传动比一定的情况下 齿数和模数的不同选择方 案各有何利弊 答 齿数增大 模数减小 则 1 重合度 传动平稳 2 齿高 h 滑动系数 磨损 3 da 齿轮重量 切削量 4 齿轮弯曲强度 齿宽系数 d的大小对齿轮传动的尺寸和强度影响如何 选取时要考虑哪些因素 答 齿宽系数 d越大 则齿轮的有效齿宽越大 齿轮的承载能力越强 强度越高 但齿宽越大 齿轮的偏载越严重 使得载荷分布不均匀 K 增大 计算应力增大 强度降低 因此 要根据支 承方式适当选择齿宽系数 d 10 45 在圆柱齿轮传动设计中 为什么通常取小齿轮的宽度大于大齿轮齿宽 在强度计算时是采用 哪个齿宽 圆锥齿轮传动又如何 答 因为轴系零件和箱体存在加工和装配误差 使得两齿轮轴向错位而减小了轮齿的接触宽度 为了保证轮齿的接触宽度 通常取小齿轮的宽度大于大齿轮齿宽 在强度计算时采用的有效齿宽 是大齿轮的齿宽 圆锥齿轮则两齿轮的齿宽取为相等 因为圆锥齿轮的轴向位置可以调整 而且 要求两齿轮的锥顶重合 大端面应当对齐 10 46 在齿轮传动中 载荷分布不均匀系数K 与哪些因素有关 可采取哪些措施减小 K 答 载荷分布不均匀系数K 考虑载荷沿轮齿接触线分布不均匀的影响 这主要是由于系统变形 轴 轴承 箱体等 引起的 有弯曲变形和扭转变形 可采取如下措施减小K 1 提高轴 轴承 机架的刚度 2 提高齿轮的制造 安装精度 3 尽量使齿轮相对轴作对称布置 避免悬臂布置 4 适当减小齿宽 5 转矩从远离齿轮端输入 6 重要传动中的齿轮作成鼓形齿 10 47 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 答 弯曲强度可比较 齿 轮 1 的弯曲强度高 齿轮mz YFa Ys ab F H 12mm202 82 245mm490MPa570MPa 22mm502 42 340mm400MPa470MPa SaFa t F YY bm KF EH t H ZZ u u bd KF1 1 54 79 2 28 2 490 11 1 1 1 SaFa F F F YY 46 72 3 24 2 400 22 2 2 2 SaFa F F F YY 机械设计作业集 6 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 接触强度可比较和 显然 齿轮 1 的接触强度高 10 48 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 2 40 80mm B d1 mz1 4 20 80mm 弯曲强度 每对齿轮都是小齿轮的弯曲应力大 只算小齿轮的弯曲应力 A B B 对齿轮的弯曲强度高 接触强度 A B 两对齿轮的接触强度一样高 10 49 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 960 r min 降为 720 r 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 答 由于转速下降 使得传递的扭矩增加 有 即扭矩增加为原来的倍 由弯 曲应力计算公式 齿轮对m z1 z2b A2409060 B4204560 1H2H 21HH 0042 2 6714212 1111 1 1 111 YY m YY bmd KT YY bm KF SaFaSaFaSaFa t F 1 1111111 1 2128 155 1085 4 t FFaSaFaSaFaSa KFKT YYYYYY bmbmdm 01767 0 402 22121 222 1 2 1 1 1 d ZZ u u bd KT ZZ u u bd KF EHEH t H 01767 0 204 22121 222 1 2 1 1 1 d ZZ u u bd KT ZZ u u bd KF EHEH t H SaFaSaFa t F YY bmd KT YY bm KF 1 1 2 960 95509550 1 1 P n P T 720 95509550 1 1 P n P T 333 1 720 960 HBHA 机械设计作业集 7 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 只有改变齿宽b 并使其等于原用值的1 333 倍才能保证该传动具有原来的抗弯曲强度 10 50 两级齿轮传动中 若一级为斜齿 另一级为直齿 试问斜齿圆柱齿轮应置于高速级还是低 速级 为什么 若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动 锥齿轮应置于高速级还是低速 级 为什么 答 斜齿圆柱齿轮应置于高速级 这是因为斜齿轮在高速级时相对于低速级时的轴向力小 可使 轴承受力较小 若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动 锥齿轮应置于高速级 这是因为 高速级速度高 受力小 锥齿轮的尺寸较小 便于加工 10 51 3 答 齿轮 4 的接触强度最弱 10 51 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 5 mm 中心距a 12 175 mm 齿宽 b2 90mm 低速级齿数z3 40 z4 75 模数 m34 3 mm 中心距 a34 175 mm 齿宽 b4 100 mm 四个齿轮的材料相同 许用接触应力分别为 H 1 H 3 550 MPa H 2 H 4 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 判断哪个齿轮的接触强度最弱 答 1 2 3 4 4 n 1a F 2aF 2r F 1r F 1t F 2t F 3a F 4a F 4r F 3r F 3t F4tF n n EH EHEHHH ZZKT ZZ KT ZZ u u db KT 1 2 1 12 12 2 12 1 21 2001160 4494 14494 445290 212 EH EHEHHH ZZKT T z z K ZZ KT ZZ u u db KT 1 2 1 1 2 2 3 34 34 2 34 3 43 2001508 0 4075 14075 403 100 2 4075 14075 403 100 212 机械设计作业集 8 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 题 10 51 图 3 的解答在上一页 10 52 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 答 题 10 52 图 应从 轴的上端输出扭矩 使弯曲 扭转的变形抵消一部分 10 53 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 答 1 方案二 与方案一的d1相同 齿面接触疲劳强度不变 可用 方案三 比方案一的d1减小 齿面接触疲劳强度降低 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d1不变的条件下 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 3 da 齿轮重量 切削量 1 2 3 4 1 n n n 1a F 2a F 1r F 2r F 1t F 2t F 3a F 4a F 4r F 3r F 3t F4tF mmmzd80402 11 mmmzd60302 11 机械设计作业集 9 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 四 设计计算题 10 52 设计一直齿圆柱齿轮传动 原用材料的许用接触应力为 H 1 700MPa H 2 600MPa 求得中心距a 100mm 现改用 H 1 600MPa H 2 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 解 即 10 53 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 H 1 500MPa H 2 430MPa 许用弯曲应力 F 1 340MPa F 2 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 大齿轮所允许的输出转矩T2 168938Nmm 10 一 54 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 80 mm 齿面接触应力 H 400MPa 大齿轮齿根弯曲应力 F2 50 MPa 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 HEHEH t H ZZ u u bd KT ZZ u u bd KF121 2 1 1 1 H EHZ Z u u b KT d 12 1 1