机械设计习题卡答案

1、机械设计习题卡10答案 1.某三级减速传动系统，由齿轮传动、链传动和带传动组成，试问该如何选择其先后次序？为什么？ 答：次序应选择为带传动、齿轮传动和链传动。 带传动平稳性好，能缓冲吸振，具有过载保护能力（过载即打滑），但承载能力较小。所以宜布置在高速级。链传动承载力比较大，但因存在多边形效应，其瞬时传动比不稳定，工作中振动、冲击、噪声较大，所以宜布置在低速级。 2. 二级圆柱齿轮减速器，其中一级为直齿轮，另一级为斜齿轮。试问斜齿轮传动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组成减速器，锥齿轮传动应置于高速级还是低速级？通常哪一级传动比大？为什么？ 答：在二级圆柱齿轮传动中，斜

2、齿轮传动放在高速级，直齿轮传动放在低速级。其原因是： 斜齿轮传动工作平稳，在与直齿轮精度等级相同时允许更高的圆周速度，更适于高速。 将工作平稳的传动放在高速级，对下级的影响较小。如将工作不很平稳的直齿轮传动放在高速级，则斜齿轮传动也不会平稳。 斜齿轮传动有轴向力，放在高速级轴向力较小，因为高速级的转矩较小。 由锥齿轮和斜齿轮组成的二级减速器，一般应将锥齿轮传动放在高速级，且锥齿轮的传动比选择比较小。其主要原因是：低速级的转矩较大，齿轮的尺寸和模数较大。当锥齿轮的锥距R和模数m大时，加工困难，制造成本提高。 3.齿轮传动常见的失效形式有哪些？简要说明闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计准则

3、。 答：齿轮传动常见的失效形式有以下几种：（1）轮齿折断；（2）齿面点蚀；（3）齿面磨损； （4）齿面胶合；（5）塑性变形。 闭式硬齿面的设计以保证齿根弯曲疲劳强度为主； 闭式软齿面的设计通常以保证齿面接触疲劳强度为主； 开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则，并将模数适当放大。 4. 对于软齿面的闭式齿轮传动，其主要失效形式为 A轮齿疲劳折断 C齿面疲劳点蚀 B齿面磨损 D齿面胶合 E. 塑性变形 5. 一般开式齿轮传动的主要失效形式是。 A轮齿疲劳折断 C齿面疲劳点蚀 B齿面磨损 D齿面胶合 E. 塑性变形 6. 高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式为。

4、 A轮齿疲劳折断 C齿面疲劳点蚀 B齿面磨损 D齿面胶合 E. 塑性变形 7. 对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般。 A. 按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度 B. 按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 C. 只需按接触强度设计，并适当放大模数 D. 只需按弯曲强度设计，并适当放大模数 8. 对于闭式齿轮传动中，在工程设计中，一般。 A. 按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度 B. 按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 C. 只需按接触强度设计 D. 只需按弯曲强度设计 9. 闭式齿轮传动，如果齿面很硬，而齿芯强度又比较低的齿轮或材质较脆的齿轮，一般。 A. 按接触强度设计齿轮尺寸

5、，再校核弯曲强度 B. 按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 C. 只需按接触强度设计 D. 只需按弯曲强度设计 软齿面齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大3050 HBS？ 答：金属制的软齿面齿轮配对的两轮齿中，小齿轮齿根强度较弱，且小齿轮的应力循环次数较多，当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度。所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大3050HBS。 45钢齿轮毛坯加工成6级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮，其加工工艺过程为 A 。 A. 齿坯加工滚齿调质表面淬火磨齿 B. 齿坯加工滚齿磨齿调质表面淬火 C. 齿坯

6、加工滚齿磨齿调质表面淬火 D. 齿坯加工滚齿调质氮化磨齿 45钢齿轮，经调质处理后其硬度值约为 B 。 A. 4550 HRC B. 217255 HBS C. 160180 HBS D. 320350 HBS 齿面硬度为5862HRC的合金钢齿轮的加工工艺过程为 C 。 A. 齿坯加工淬火磨齿滚齿 B. 齿坯加工淬火滚齿磨齿 C. 齿坯加工滚齿渗碳淬火磨齿 D. 齿坯加工滚齿磨齿淬火 齿轮采用渗碳淬火的热处理方法，则齿轮材料只可能是 D 。 A. 45钢 B. ZG340-640 C. 40Cr D. 20CrMnTi 一对45钢调质齿轮，过早的发生了齿面点蚀，更换时可用 C 的齿轮代替。

7、A40Cr调质 B适当增大模数m D铸钢ZG310-570 C45钢调质后齿面高频淬火 对于要求不高的齿面硬度350 HBS的齿轮传动，若大、小齿轮均采用45钢，一般采取的热处理方式为 C 。 A小齿轮淬火，大齿轮调质 C小齿轮调质，大齿轮正火 B小齿轮淬火，大齿轮正火 D小齿轮正火，大齿轮调质 计算齿轮强度时引入载荷系数K由哪几部分组成？影响各组成部分取值的因素有哪些？ 答：载荷系数： K=KA?KV?K?K KA工作情况系数 KV动载荷系数 K齿间载荷分配系数 K齿向载荷分布系数 工作情况系数KA 考虑了齿轮啮合时，外部因素引起的附加动载荷对传动的影响. 它与原动机与工作机的类型与特性，联

8、轴器类型等有关 动载荷系数KV 考虑齿轮制造误差和装配误差及弹性变形等内部因素引起的附加动载荷的影响 主要影响因素：齿轮的制造精度Pb1Pb2 圆周速度V 齿间载荷分配系数K 考虑同时有多对齿啮合时各对轮齿间载荷分配不均匀的系数。 影响因素：啮合刚度，基圆齿距误差（Pb），修缘量，跑合程度等。 齿向载荷分布系数K 考虑轴的弯曲、扭转变形、轴承、支座弹性变形及制造和装配误差而引起的沿齿宽方向载荷分布不均匀的影响。 影响因素： 支承情况：对称布置，好；非对称布置；悬臂布置，差。 齿轮宽度b b K。 齿面硬度，硬度越高，越易偏载，齿面较软时有变形退让。 制造、安装精度精度越高，K越小。 简要分析说

9、明齿轮齿顶修缘和做成鼓形齿的目的。 答：齿轮齿顶修缘是为了减小齿轮传动过程中由于各种原因引起的动载荷。做成鼓形是为了改善载荷沿接触线分布不均的程度，降低齿向载荷分布系数。 斜齿圆柱齿轮的动载荷系数K和相同尺寸精度的直齿圆柱齿轮相比较是 B 的。 A. 相等 B. 较小 C. 较大 D. 可能大、也可能小 下列 B 的措施，可以降低齿轮传动的齿向载荷分布系数K。 A. 降低齿面粗糙度 B. 提高轴系刚度 C. 增加齿轮宽度 D. 增大端面重合度 21. 两对直齿圆柱齿轮减速传动转向如图，传递功率为7.5kw，模数均为2，压力角为20度，齿数分别为Z1=17, Z2=35, Z3=19, Z4=4

10、1，试标出圆周力和径向力方向，并计算分力大小。 22. 一对标准直齿圆柱齿轮，若Z1=18，Z2=72，则这对齿轮的弯曲应力 A. 23. 设计闭式软齿面直齿轮传动时，选择齿数Z1，的原则是 D 。 A. Zl越多越好 B. Zl越少越好 C. Z117，不产生根切即可 D. 在保证轮齿有足够的抗弯疲劳强度的前提下，齿数选多些有利 24. 在设计闭式硬齿面齿轮传动中，直径一定时应取较少的齿数，使模数增大以 A. 提高齿面接触强度 B. 提高轮齿的抗弯曲疲劳强度 C. 减少加工切削量，提高生产率 D. 提高抗塑性变形能力 25. 轮齿的弯曲强度，当，则齿根弯曲强度增大。 A. 模数不变，增多齿数

11、时 B. 模数不变，增大中心距时 C. 模数不变，增大直径时 D. 齿数不变，增大模数时 F1F2 B. F1F2 C. F1=F2 D. F1F2 26. 其他条件不变，将齿轮传动的载荷增为原来的4倍，其齿面接触应力。 A不变 B增为原应力的2倍 D增为原应力的16倍 C增为原应力的4倍 27. 为了提高齿轮传动的接触强度，可采取 A. 采用闭式传动 B. 增大传动中心距 C. 减少齿数 D. 增大模数 28. 圆柱齿轮传动中，当齿轮的直径一定，减小齿轮的模数、增加齿轮的齿数，则可以。 A. 提高齿轮的弯曲强度 B. 提高齿面的接触强度 C. 改善齿轮传动的平稳性 D. 减少齿轮的塑性变形

12、29. 轮齿弯曲强度计算中的齿形系数YFa与 C 无关。 A. 齿数z1 B. 变位系数x C. 模数m D. 斜齿轮的螺旋角 30. 标准直齿圆柱齿轮传动的弯曲疲劳强度计算中，齿形系数YFa只取决于 B 。 A. 模数m B. 齿数Z C. 分度圆直径d D. 齿宽系数d 31. 一对圆柱齿轮传动，小齿轮分度圆直径d1=50mm、齿宽b1=55mm，大齿轮分度圆直径d2=90mm、齿宽b2=50mm，则齿宽系数d= A. 1.1 B. 5/9 C. 1 D. 1.3 32. 设计一对软齿面减速齿轮传动，从等强度要求出发，选择硬度时应使。 A. HBS1=HBS2 B. HBS1HBS2 C.

13、 HBS1HBS2 D. HBS1=HBS2+（3050） 33. 一对齿轮传动，小轮材为40Cr；大轮材料为45钢，则它们的接触应力。 A?H1=?H2 B. ?H1?H2 C?H1?H2 D?H1?H2 34. 减速齿轮传动，小齿轮1选用45钢调质；大齿轮2选用45钢正火，齿面接触应力 A. ?H1?H2 B. ?H1?H2 C. ?H1=?H2 D. ?H1?H2 35. 一对圆柱齿轮传动中，当齿面产生疲劳点蚀时，通常发生在。 A. 靠近齿顶处 B. 靠近齿根处 C. 靠近节线的齿顶部分 D. 靠近节线的齿根部分 36. 一对减速齿轮传动中，若保持分度圆直径d1不变，而减少齿数并增大模数

14、，其齿面接触应力将 C 。 A明显增大 B明显减小 C基本保持不变 D略有增加 37. 在下面的各种方法中，不能提高齿轮传动的齿面接触疲劳强度。 A直径d不变而增大模数 B改善材料 C增大齿宽b D增大齿数以增大d 38设计一对闭式软齿面齿轮传动。在中心距a和传动比i不变的条件下，提高齿面接触疲劳强度最有效的方法是 B 。 A增大模数，相应减少齿数 C提高加工精度 B提高主、从动轮的齿面硬度 D增大齿根圆角半径 B使中心距不变，增大模数 D模数不变，增加齿数 39一对齿轮传动的接触强度已够，而弯曲强度不足，首先应考虑的改进措施是 A增大中心距 C使中心距不变，增加齿数 40. 齿轮设计时，当随

15、着选择齿数的增多而使直径增大时，若其他条件相同，则齿轮的弯曲承载能力 D 。 A成线性地减小。 B成线性地增加 D不成线性，但有所增加 C不成线性，但有所减小 41. 若保持传动比i和齿数和z?z1?z2不变，而增大模数m，则齿轮的 A 。 A. 弯曲强度提高，接触强度提高 B. 弯曲强度不变，接触强度提高 C. 弯曲强度与接触强度均不变 D. 弯曲强度提高，接触强度不变 42计算一对直齿圆柱齿轮的弯曲疲劳应力时，若齿形系数、应力修正系数和许用应力均不相同，则应以 C 为计算依据。 A?F较小者 BYFaYSa较大者 C?FYFaYSa较小者 C?FYFaYSa较大者 43在以下几种工况中，齿

16、轮传动的齿宽系数d可以取大些。 A对称布置 B不对称布置 C悬臂布置 D同轴式减速器布置 44在下列措施中，A降低齿面粗糙度 C增加齿轮宽度 45. 齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿宽应比大齿轮的齿宽大510 mm？ 答：将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上人为地加宽510mm，以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷， 同时因小齿轮工作的循环次数较多，也可以适当提高小轮的接触强度和弯曲强度。 46. 图中：a）为标准直齿圆柱齿轮传动；b）为标准内齿轮传动；c）为标准直齿圆柱齿轮齿条传动。已知：各齿轮和齿条的材料、热处理方法、许用应力均相同；各传动中小齿轮 的参数、尺

17、寸、所传递的转矩及工作条件也都相同。试比较三种传动的接触疲劳强度高低（用关系式表示）。（提示：由赫兹公式分析比较方便） 答： K? B提高轴系刚度 D增大端面重合度 47. 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。 48. 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

18、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： 改进后的方案二、方案三是否可用？为什么？ 应采用哪个方案更合理？为什么？ 答：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：重合度?，传动平稳；齿高h，滑动系数，磨损、切削量； da，齿坯小，齿轮重量。 49. 齿轮传动的精度指标分别用三种公差组来表示。其

19、中： 第公差组，决定 齿轮传递运动的准确程度 ； 第公差组，决定 齿轮运转的平稳程度 ； 第公差组，决定 齿轮载荷分布的均匀程度 。 根据用途决定优先满足的主要使用功能，然后再兼顾其他要求。 50. 图示单级标准直齿圆柱齿轮减速器，因工作需要，拟加入一介轮3来增大输入轴和输出轴间的中心距。若z1 = z3 = 20，z2 = 4z1 = 80，模数为m，各齿轮材料和热处理均相同，长期工作，1轮主动，单向回转。试分析：加介轮后，承载能力与原传动相比有无变化？齿面接触强度和齿根弯曲疲劳强度如何变化？ 答：加介轮后，承载能力与原传动相比有变化。因为：虽然小齿轮上的载荷没变，但是1轮和3轮的综合曲率半

20、径变小了，接触应力变大了，接触强度降低。又：3轮的齿根弯曲应力为对称循环，许用应力为1轮的0.7倍，弯曲强度降低。 51. 如图所示的齿轮传动，齿轮A、B和C的材料都是中碳钢调质，其硬度：齿轮A为240HBS，齿轮B为260HBS，齿轮C为220HBS，试确定齿轮B的许用接触应力H和许用弯曲应力F。假定： （1） 齿轮B为“惰轮”（中间轮），齿轮A为主动轮，设KFN=KHN=1； （2） 齿轮B为主动，齿轮A和C均为从动，设KFN=KHN=1。 HNHlim S H 解：齿面接触疲劳许用应力的计算式为： K? ?F?FNFlim SF 齿根弯曲疲劳许用应力的计算式为： ?H? 取SH=1 SF

21、=1.4（1.251.5之间均可） 查图10-24（c），知在脉动循环交变应力作用下，B齿轮的弯曲疲劳强度极限lim为： lim=FE=350Mpa （注意超出范围则采用外插法取值，为近似值，且设应力校正系数YST=1） 而受对称循环交变载荷作用时的应力极限值为脉动循环交变应力的70%见P210倒数第6行） 查图10-25（d），知B齿轮的接触疲劳强度极限Hlim为：Hlim=620Mpa （1）、（2）两种情况下，B齿轮上的每个齿在一转的过程中，导致轮齿齿根弯曲的力的方向是不一样的，而导致齿面接触疲劳与B齿轮是否为主动轮无关。 则B齿轮在（1）、（2）两种情况下的许用接触应力H均为： K?1

22、?620 ?H?HNHlim?620(MPa) SH1 下面讨论两种情况下齿轮B的许用弯曲应力F （1）齿轮B为惰轮的情况下，齿轮B所受力状态如图示： 则齿轮上任一点在一转的过程中，受力方向将反转一次，于是轮齿受力为对称循环交变载荷 Flim=35070%=245（Mpa） 许用弯曲应力为： ?F? KFN?Flim1?245 ?175(MPa) SF1.4 （2）齿轮B为主动轮时，齿轮B所受力状态如下图所示： 可见，在齿轮一转的过程中，轮齿的受力方向没有发生变化，只是受力时有时无，因此是受脉动循环交变载荷的作用。 从P204图10-20（c）查得的值即为在脉动循环交变应力 作用下的弯曲疲劳强

23、度极限lim。 lim=FE=350(Mpa) （设应力校正系数YST=1） ?F? 则许用弯曲应力为： KFN?Flim1?350 ?250(MPa) SF1.4 52. 要提高轮齿的抗弯疲劳强度和齿面抗点蚀能力有那些可能的措施？ 53. 如图所示的二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知：电动机功率P=3kW，转速n=970r/min；高速级mn1=2mm，z1=25，z2=53，?1?12?50?19?；低速级mn2=3mm，z3=22，z4=50。试求： （1）为使轴II上的轴承所承受的轴向力较小，在图上确定齿轮3、4的螺旋线方向； （2）绘出齿轮3、4在啮合点处所受各力的方向； （3）2取多大值

24、才能使轴II上所受轴向力相互抵消？ （1）齿轮3、4的螺旋线的方向如题图解所示： （2）齿轮3、4在啮合点所受各分力Ft3、Ft4、Fr3、Fr4、Fa3、Fa4的方向如图示： （3）若要求轴II上齿轮2、3的轴向力能相互抵消，则必须满足下式： Fa2=Fa3，即Ft2tan?1?Ft3tan?3,?3? Ft2Ft2tan?1Ft3 由轴II的力矩平衡，得d2d?Ft23 22，则 tan?3?Ft2d3?22/cos?3tan?1?3tan?1?tan?1Ft3d22?53/cos?1 3?2266sin?1?sin12?50?19?0.138352?53106 得 即当sin?3?3?7

25、?57?9?时，轴II上所受的轴向力相互抵消。 54某输送带由电机通过三级减速传动系统来驱动， 减速装置有：二级斜齿圆柱齿轮传动、滚子链传动、 V带传动。试分析如题7-67图所示传动布置方案的 不合理之处，简单说明错误原因，画出正确的传动 方案布置图。 1）V 动，应布置在高速级； 2布置在低速级； 3齿轮远离轴承的一侧输入、输出。 4）减速器中斜齿轮的旋向选择不合理，中间轴的两个齿轮的旋向应该相同，使其所受轴向力方向相反。 5）链传动的松紧边布置不合理。应紧边在上，松边在下。 55锥齿轮接触疲劳强度按当量圆柱齿轮公式计算，当量齿轮的齿数、模数是锥齿轮的。 A实际齿数，大端模数 C当量齿数，大

26、端模数 A大端分度圆锥 B当量齿数，平均模数 D实际齿数，平均模数 B大端背锥 D齿宽中点处背锥 56锥齿轮的弯曲疲劳强度计算是按上齿形相同的当量圆柱齿轮进行的。 C齿宽中点处分度圆锥 57. 图示一圆锥圆柱齿轮减速器，功率由I轴输出，不计摩擦损失。已知直齿锥齿轮 Z1?20,Z2?50,m?5mm,齿宽b?40mm;斜齿轮圆柱齿轮传动Z3?23,Z4?92,mn?6mm。试求轴上轴承所受轴向力为零时斜齿轮的螺旋角，并作出齿轮各啮合点处作用力的方向 解：由题意当Fa3?Fa2时，此时?轴上轴承所受轴向力为零。 Fa3?Ft3tan? ?2? 2?Tcos?T?sin?tan?m?z33?23

27、tanZ2?2.5则?2?68.2?,?1?90?2?21.8?Z1 ?R?b R 134.6R?R?40?0.297134.6 Fa2?Ft2?tan?sin?2?2T?tan20?sin21.8?5?201?0.5?R 令Fa2?Fa3则有 T?sin?2T?tan20?sin21.8?3?235?201?0.5?0.297,则?12.7? sin?0.21909 58. 在进行齿轮的结构设计中，当圆柱齿轮的键槽底部到齿根圆的距离e满足当锥齿轮满足 e<1.6? 时，均应将齿轮和轴做成齿轮轴。 59. 齿轮传动的润滑方式主要根据齿轮的 1?7.5kW,n1?1450rmin,z1?2

28、6,z2?54，60. 设计铣床中的一对圆柱齿轮传动，已知P h，小齿轮相对其轴的支承为不对称布置。 寿命Lh?12000 解 (1) 选择齿轮类型、精度等级、材料 选用直齿圆柱齿轮传动。 铣床为一般机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。 材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45刚（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。 （2）按齿面接触强度设计 1）确定公式中的各计算值 试选载荷系数KT1u?1?ZE?d1t?2.?du?H?2 Kt?1.5 计算小齿轮传递的力矩 95.5?105P95.5?105?7.

29、51T1?49397N?mmn11450 小齿轮作不对称布置，查表10-7，选取d?1.0 1 2由表10-6查得材料的弹性影响系数ZE?189.8MPa 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1?600MPa；大齿 轮的接触疲劳强度极限Hlim2?550MPa。 u? 齿数比 z254?2.08z126 计算应力循环次数 9N?60njL?60?1450?1?12000?1.044?1011h N11.044?109 N2?0.502?109 u2.08 由图10-19取接触疲劳寿命系数 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S?1 KHN1?0.98,KH

30、N2?1.0 ?H?1?KHN1Hlim1?0.98?600?588MPa ?H?2 2）计算 S1 K1.03?550?HN2Hlim2?566.5MPaS1 计算小齿轮分度圆直径 d1t，代入?H?中较小值 2KT1u?1?ZE?1.5?493972.08?1?189.8?d1t?2.?2.32?53.577mm?du?12.08566.5?H? 计算圆周速度 ?d1tn13.14?53.577?1450?4.066s60?100060?1000 计算尺宽b 2b?dd1t?1?53.577?53.577mm b 计算尺宽与齿高之比h mt? d1t53.577?2.061mmz126 h?2.25mt?2.25?2.061?4.636mm b53.577?11.564.636 h 计算载荷系数 K?1.2 根据?4.066s，7级精度，查图10-8得动载荷系数v 直齿轮，KH?KF?1 由表10-2查得使用系数KA?1.25 由表10-4用插值法查得KH?1.420 b?11.56K?1.420K?1.37h 由，H，查图10-13得F 故载荷系数 K?KAKvKH?KH?1.25?1.2?1?1.420?2.13 按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 d1?d1t3