机械设计复习题解答-齿轮.doc

机械设计基础复习题齿轮传动基本要求：了解渐开线齿轮传动的特点及应用范围、失效形式及防止措施。掌握渐开线标准直齿轮的基本参数及选择、几何尺寸计算、受力分析、强度计算和设计方法。掌握斜齿圆柱齿轮的传动特点、几何尺寸计算和受力分析。1与带传动、链传动相比，齿轮传动有哪些主要优缺点？优点：1）工作可靠，寿命长；2）瞬时传动比为常数；3）传动效率高；4）结构紧凑；5）适用性广。缺点：1）制造及安装精度要求高，成本高；2）不宜用于轴间距离大的传动。2、齿轮传动的基本要求：1）传动平稳：即要求瞬时传动比恒定；2）足够的承载能力：即要求在预期的使用期限内不失效。2开式、闭式齿轮传动的失效形式及设计准则有何不同？普通闭式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和点蚀。普通开式传动的主要失效形式为：轮齿的疲劳折断和磨粒磨损。设计准则：为防止轮齿的疲劳折断，需计算齿根弯曲疲劳强度；为防止齿面点蚀，需计算齿面接触疲劳强度。对一般工况下的普通齿轮传动，其设计准则为：1）闭式传动，软齿面：按齿面接触疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿根弯曲疲劳强度；硬齿面：按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算（确定齿轮的参数和尺寸），然后校核齿面接触疲劳强度。2）开式传动：只计算齿根弯曲疲劳强度，适当加大模数（预留磨损量）。此外，对高速重载传动，还应按齿面抗胶合能力进行计算。3齿轮材料的选择原则是什么？常用齿轮材料和热处理方法有哪些？为什么一对软齿面的大、小齿轮在其材料选择和热处理方法上常常不同？对齿轮材料性能的要求：齿面硬、芯部韧。 齿轮材料选用的基本原则 ： 齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等； 应考虑齿轮的尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺； 钢制软齿面齿轮，小轮的齿面硬度应比大齿轮高2050HBS 。 硬齿面齿轮传动，两轮的齿面硬度可大致相同，或小轮硬度略高。软齿面：调质，正火：改善机械性能，增大强度和韧性；硬齿面：表面淬火，渗碳淬火，表面氮化：接触强度高、耐磨性好、可抗冲击。配对齿轮均采用软齿面时：小齿轮受载次数多，故材料应选好些，热处理硬度稍高于大齿轮（约3040HBS）。4载荷系数K由几部分组成，各考虑什么因素的影响？载荷系数K由四使用系数 KA、动载系数 、齿向载荷分布系数 K、和齿间载荷分配系数 四部分组成。其中，使用系数 KA是考虑外部附加动载荷影响的系数；动载系数 是考虑内部附加动载荷的系数； 齿向载荷分布系数 K是考虑载荷沿齿宽方向分布不均影响的系数；齿间载荷分配系数是考虑载荷在同时啮合的齿对之间分配不均影响的系数。5为防止轮齿失效，目前比较成熟的计算方法和计算模型是什么？设计得到的主要参数是什么？为防止轮齿“点蚀”失效，（计算方法）采用赫兹公式对齿轮传动的齿面进行接触疲劳强度计算；其计算的力学模型为： 将一对轮齿的啮合简化为两个圆柱体接触的模型；设计得到的主要参数是影响接触强度的因素：d（或a ）和b，而与模数 m 无关 。为防止轮齿疲劳断齿失效，（计算方法）按30切线法确定齿根危险截面，按在齿顶啮合计算齿根应力的方法对齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度进行计算；其计算模型为：将轮齿简化为悬臂梁模型；设计得到的主要参数是影响齿根弯曲强度的因素是：m和b 。6齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算的理论依据各是什么？试分别解释接触疲劳强度和弯曲疲劳强度计算公式中的符号ZH、ZE和Ysa、YFa的意义。m3mm，z21；m5mm，z21；m5mm，z88三个标准齿轮的齿形系数有何不同，齿的形状有何不同？齿面接触疲劳强度计算和齿根弯曲疲劳强度计算的理论依据分别为赫兹公式和材料力学弯曲疲劳强度计算公式。弹性系数 ZE：用以考虑材料弹性模量和泊松比对接触应力的影响而引入的应力修正系数。节点区域系数 ZH：用以考虑节点处齿廓曲率对接触应力的影响而引入的应力修正系数。齿形系数 YFa：只与齿形有关(随齿数和变位系数而异)，而与模数m无关应力修正系数Ysa，用以综合考虑齿根过渡曲线处的应力集中和除弯曲应力外其余应力对齿根应力的影响而引入的应力修正系数。7相同中心距a120mm情况下，齿轮有两种参数方案如下（材料相同）：（1）Z119，Z241，m4mm，200，b40mm；（2）Z138，Z282，m2mm，200，b40mm。试问：1）接触强度哪个方案高，为什么？2）弯曲强度哪个方案高，为什么？3）哪个方案运转较平稳？4）齿坯重量哪个大？5）用于磨床和冲床传动应选哪种方案，为什么？1）影响齿面接触强度的主要因素：d（或a ）和b，而与模数 m 无关（与m和z的乘积有关），因此方案（1）和（2）的接触强度相同；2）影响齿根弯曲强度的主要因素是：m和b，因此方案（1）的弯曲强度高；3）齿数多的方案运转平稳，因此方案（2）运转平稳；4）相同材质的齿轮，在分度圆相同时，齿轮重量决定于齿轮的齿顶圆直径，因此模数大的方案（1）重量大；5）磨床应选用运转平稳的方案（2）；冲床容易过载，应保证弯曲强度，选模数大的方案（1）；8一对标准钢制直齿圆柱齿轮传动，Z119，Z288，问哪个齿轮接触应力大？哪个齿轮弯曲应力大？为什么？一对标准钢制直齿圆柱齿轮传动的齿轮接触应力相同；小齿轮的弯曲应力大，因此为了保证等强度，小齿轮同常选用较好的材料。9根据公式说明提高轮齿的抗弯能力有哪些可能的措施？试根据公式说明提高齿面的抗点蚀能力有哪些可能的措施？分别从模数、分度圆直径、宽度等方面论述。题1010图示圆柱齿轮传动中，若1、3两轮齿数相同，忽略摩擦损失，问：在1轮主动或2轮主动两种情况下，2轮齿面所受接触应力的性质分别是什么？齿根弯曲应力的性质分别是什么？如按有限寿命考虑，哪种情况下2轮的接触疲劳强度高?为什么?如接无限寿命考虑，哪种情况下2轮的弯曲疲劳强度高？为什么？p225接触应力变化性质：（1）1轮主动时，1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化；2轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力亦按脉动循环变化。（2）2轮主动时，1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力按脉动循环变化；2轮每转一周，同一侧齿面啮合两次，接触应力亦按脉动循环变化。弯曲应力变化性质：（1）1轮主动时，1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；2轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，弯曲应力按对称循环变化。（2）2轮主动时，1轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，弯曲应力按脉动循环变化；2轮每转一周，同一侧齿面啮合两次，弯曲应力按脉动循环变化。若按有限寿命考虑，由于2轮主动时2轮每转一周，同一侧齿面啮合两次，因此此时2轮的接触疲劳强度低，而1轮主动时2轮每转一周，同一侧齿面啮合一次，接触应力均按脉动循环变化；所以1轮主动时2轮的接触疲劳强度高。如按无限寿命考虑，由于1轮主动时2轮弯曲应力按对称循环变化，因此此时2轮的弯曲疲劳强度低，而2轮主动时2轮弯曲应力按脉动循环变化；即2轮主动时2轮的弯曲疲劳强度高。11齿轮齿数的选取对传动有何影响？设计时怎样选定小齿轮的齿数Z1？当d1已按接触疲劳强度确定时，z1m重合度e提高传动平稳性减小毛坯外径，减轻齿轮重量，但抗弯曲疲劳强度降低齿高h 减小切削量，延长刀具使用寿命等；减小滑动率，提高传动效率。因此，在保证弯曲疲劳强度的前提下，齿数多一些好！闭式软齿面：传动尺寸主要取决于接触疲劳强度，而弯曲疲劳强度往往比较富裕。这时 ，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度要求的前提下，齿数宜取多些（模数相应减小）。一般可取z1 = 20 40闭式硬齿面：传动尺寸有可能要取决于轮齿弯曲疲劳强度，故齿数不宜过多。一般为z1 = 17 20。开式传动：其尺寸主要取决于轮齿弯曲疲劳强度，齿数不宜多。对于标准齿轮，为避免根切，应使z1 =17 。12齿宽系数yd的定义是什么？其大小对设计结果有什么影响？圆柱齿轮传动设计时、常取小齿轮齿宽b1大于大齿轮齿宽b2，为什么？在强度计算时，齿宽是代入b1还是b2？齿宽系数yd：齿宽b和小齿轮分度圆直径的比值称为齿宽系数。在一定载荷作用下，增大齿宽可减小齿轮直径和传动中心距，从而降低圆周速度。但齿宽愈大，载荷分布愈不均匀，因此，必须合理地选择齿宽系数。为便于装配和调整，根据d1和齿宽系数求出b后，将小齿轮宽度再加大51