远程在线考试——机械设计考试题7-9

1、中国石油大学（北京）远程教育学院期末考试机械设计课程设计学习中心：姓名：学号：关于课程考试违规作弊的说明1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内容或其他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“0”。2、两人或两人以上答题内容或用语有50%Z上相同者判为雷同，成绩为“0”。3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者，认定为“白卷”或“错卷”，成绩为“0”。一、题型课程设计，包含问答题、改错分析题型及设计计算题，问答题共2题，每题10分，共20分；改错题1题，共30分；设计计

2、算题1题，共50分。学号末尾数为2、7、9或字母的课程设计题目1、齿轮传动的特点及使用范围有哪些？（10分）答：1、瞬间传动比恒定，工作稳定，传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力。2、适用的功率和速度范围广，功率从近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s。3、传动效率高，4=92%98%。4、工作可靠，使用寿命长。5、外廓尺寸小，结构紧凑。齿轮传动的主要缺点是：制造和安装精度要求较高，需专门设备制造，成本较高，不宜用于较远距离两轴之间的传动。2、箱体，机构架设计的一般要求有哪些？（10分）答：1）可靠性：在使用期内必须安全可靠，具结构应与所承受的外力相协调，能满足强度

3、、刚度、振动稳定性、疲劳强度、热变形等方面的要求。2）实用性：箱体、机架是机器重要的组成部分其精度、表面粗糙度、尺寸和形位公差等技术指标必须确保机器的使用性能和使用寿命。3）工艺性；结构应容易铸造或焊接，减少和防止铸造或焊接缺陷，便于加工装配和调试。焊接结构应便于实现机械化、自动化焊接。4）经济性：要尽量减轻结构重量降低材料成本，减少能源消耗、加工工时和制造成本。根据箱体、机架的不同用途，设计中对以上各项既要有所偏重，又要统筹兼顾，要重视其外观造型设计。3、改错分析题（30分）下图为一齿轮减速器部分装配图，试指出结构不合理及错误所在（不考虑圆角和铸造斜度以及不计重复错误），并用文字说明原因。例

4、如：精加工面过长且拆装轴承不便。（本题至少10处错误，每指出一处错误得3分）答：1.安装轮毂的第一段轴应制有定位轴肩；2.键槽过长安装上的键与轴承端盖干涉（相碰）；3.轴承端盖的加工面与非加工面没有区分开；4.在轴与轴承端盖孔之间缺少密封圈；5.在轴与轴承端盖孔之间应留有间隙；6.在轴承端盖与箱体轴承孔端面缺少调整垫片；7.在轴与齿轮孔间缺少周向定位的键联接；8.套筒顶不住齿轮（过定位）9.套筒过高，轴承无法拆卸；10.轴承安装反了；11.轴过长且与轴承端盖相碰。4、计算题（50分）试设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动。已知，用电机驱动，传递功率10KW,小齿轮转速n=1000r/min

5、,传动比i=4,单向运转，载荷平稳。使用寿命10年。1 .选择齿轮精度等级。输送机是一般工作机械，考虑次对齿轮的传递的功率不大，速度不高，故大小齿轮都选用8级精度。要求齿轮面粗糙度Ra1.63.2um.常用精度等级的齿轮的加工方法及其应用范围2 .选材与热处理。1）材料：制造齿轮的材料主要是各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料；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；a）钢材分锻钢和铸钢，只有尺寸较大（d>400600mm）,结构形状复杂的齿轮宜用铸钢，一般都用锻钢制造齿轮。软齿面齿轮经调制或正火处理后切齿，常用45,40Gr等，因此齿

6、面硬度不高，易制造，成本低，故应用广，常用于对尺寸和重量无严格限制的场合。为了使大小齿轮的寿命接近，应是小齿轮的齿面硬度比大齿轮的高出3050HBS。对于高速重载或重要的齿轮转动，可使用硬度齿面组合，齿面硬度可大致相同。许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；b）铸铁，由于铸铁的抗耐冲击性能都比较差，因此主要用于制造低速不重复的开式传动，功率不大的齿轮，常用材料有HT250,HT300等，常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；。c）非金属材料，对高速轻载而又要求低噪音的齿轮的齿轮传动，也可用非金属材料，加夹布胶木、尼龙等。常用的齿轮材料，热处理方法、硬度、应用举例见表64

7、,适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。2）热处理：应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在3050HBs或更多。a）表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等，表面淬火后轮齿变形小，不可磨齿，硬度可达5256HRC,面硬芯软，能承受一定冲击载荷。a）渗碳淬火渗碳钢为含碳量0.150.25%的低碳钢和地碳合金钢，如20、20C等。齿面硬度达到5662HRC,齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高，常用于受冲击载荷的重要传动。通常渗碳淬火或要磨齿。b）调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、45C、35SiMn等。调质处理

8、后齿面硬度为：220260HBS。因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。c）正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。大直径的齿轮可用铸钢正火处理。d）渗氮渗氮是一种化学处理。渗氮后齿面硬度可达6062HBC。氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。特点及应用：调质、正火处理后的硬度低，HBS350,属于软齿面，工艺简单,用于一般传动。当大小齿轮都是软齿面时。因小轮齿很薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高2050HBS。表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。具承载能力高

9、，但一般需要磨齿。常用于结构紧凑的场合。所以为制造方便，才用软吃面，大小齿轮均用45钢，小齿轮调制处理，吃面硬度：229286HBS,大齿轮正火处理，吃面硬度：169217HBS。林斛除号普度施淮闻成横口艮空必织崛度当箔HBS店面HRC4s正火分829胃隅国64J37322S2MIIBS啊眉-击声停火4n山阳侦73i539啊质米面母女241-<29S4S55陶7H5£!229B&Hh：S网展-去而摩夫22928C455540CiMj：lMcp围.质?79758229-3S3HES两展-我函淳火2293(5345-55甄砒如淞1573-1W11771373BQT箱SI-S

10、33CCrlfi3闭JJS"?85559241HBS网展米看岸火>341WRSMhMo冏JPL73558824-1'-2B&MHS河膜溪面座火口417343S5涵庠火一回火63?392L?856-62SOCiMitTi裱破一洋火_曰火LD753S32403005662港破-泞火-回火1。美S34302-3®N叩iOtTilTifl-A.浴旗-4人-回火117710753心y比导838CrMoAlA向成9SO334235321明前也>«50HVZG3LOSTO正火570310162197HBSZG340640正火£40340I7

11、9707R部肉质7003S0241T酶TIBSEG3整遍。企业-回火5685431S3-217HBS同原-出面谭火巧374121¥7T443-53HT3003001«7255HBEHT350人工时油3501.97269HBSQT5007三火2Q0铝口170-230HBSQT500T正女苫m37。190MC陀化9021HBG实布触木1005-2SHBS3 .确定设计公式及校核公式按齿面接触疲劳强度设计:防止齿面点蚀的强度条件为：节点处的计算接触应力应该小于齿轮材料的许用接触应力。即：crH<crH齿面最大的计算接触应力，可采用基本公式赫兹应力计算公式即:J11Iqx（一

12、士一）APi双上旦+塞比在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接触应力计算点。节点处的综合曲率半径为:lf±l齿面接触疲劳强度的校核式:金工底<<7马齿面接触疲劳强度的设计式:上述式中：u一齿数比，u=z2/z1;ZE一弹性影响系数；ZH一区域系数;4 .计算过程1）载荷系数，按表2取K=1.3表2载荷系数K原动机工作机的载荷特性均匀、轻微冲击中等冲击大冲击电动机11.21.21.61.61.8多缸内燃机1.21.61.61.81.92.1单缸内燃机1.61.81.82.02.22.42)T1=9.55*106*P1/n1=9.55*106*15/1500=9.55*10

13、4N.m3)接触疲劳许用应力(T曰=(THlim*Zn/SH按齿面硬度中间值，如图查得（THlim1=600MPa,（THllim2=550MPa按一年工作300天计算，应力循环次数_一_9N1=60njlh=60*100T10*300*8=1.44*109N2=Ni/i=3.6*108由下图得接触疲劳强度寿命系数YN1=1,N2=1.06_9(N1>N2.N0=10)按一般可靠性要求，取SH=1,则(rH1=(r?Hlim1*ZN1/SH=600*1/1=600MPa.(TH2=(THlim2*ZN2/SH=550*1.06/1=583MPa.M?H=583MPa4)计算小齿轮分度圆直

14、径，查下表3,按齿轮相对轴承对称布置取Wd=1.09,Zh=2.5,齿宽系数甲d=b/di齿相对轴承位置齿卸硬度<350HBS>350HBS对称布置0.81.40.40.9非对称布置0.61.20.30.6悬臂布置0.30.40.20.25表3查下表4得乙=189.8Jn/mm2齿轮材料弹性系数：Ze(,N/mm2)齿轮材小齿斗轮讣、钢铸钢铸铁球墨铸铁钢189.8188.9165.4181.4铸钢188.9188.0161.4180.5将以上参数代入式将以上参数代入式2KTiu1ZhZe2d1之3%丁(-E)-duKh324.309*104*0.772*1.2564取d1=64mm

15、5)计算圆周速度V=n1d1/60*1000=1000*3.14*64/(60*1000)=3.35m/s.因V<6m/s,故去8级精度合适。5,确定主要参数。1)齿数Z对于软尺面的闭式传动，在满足弯曲疲劳的条件下，宜采用较多齿数，一般取Zi=2040.M于硬齿面的闭式传动，首先应具有足够大的模数既保证齿根弯曲强度为减小传动尺寸，宜取较小齿数但要避免发生根切，一般取Zi=1720。故取Zi=20,Z2=Zii=20*4=802)模数m,模数影响齿轮的抗弯曲强度，一般在满足齿轮弯曲疲劳强度条件下，宜取较小模数，以增大齿数，减小切齿量。故m=di/zi=64/20=3.2mm在下表5查的m=

16、3mm第一系列i.522.534568iOi2i62025324050第二系列i.752.252.75(3.25)3.5(3.75)4.55.5(6.5)79(ii)i4i822283645表53)分度圆直径di=Zim=20*3=60mmd2=Z2m=80*3=240mm中心距a=(di+d2)/2=(60+240)/2=i50mm4)齿宽系数Wd,齿宽系数是大齿轮齿宽b和小齿轮分度圆直径di之比.增大齿宽系数，可将小齿轮传动装置的径向尺寸，降低齿轮的圆周速度。常将小齿轮齿宽加大5i0mm,但涉及计算是按大齿轮齿宽计算。b2=Wddi=i.09*60=65.4mm取b2=70mmbi=75m

17、m6.校核弯曲疲劳强度。i)齿形系数Yfs,查下表6得：根据zi、Z2得Yfs.表准处齿轮的齿形系数YFa及应力修正系数YsaZi7i8i9202i22232425YFa2.972.9i2.852.802.762.722.692.652.62Ysai.52i.53i.54i.55i.56i.57i.575i.58i.59Z262728293035404550YFa2.602.572.552.532.522.452.402.352.32Ysa1.5951.601.611.621.6251.651.671.681.70Z60708090100150200ooYFa2.282.242.222.202

18、.182.122.122.06Ysa1.731.751.771.781.791.831865.1.97YFa1=2.80Ysa1=1.55YFS1=YFa1*Ysa1=4.35YFa2=2.22Ysa2=1.77YFs2=YFa2*Ysa2=4.12)弯曲疲劳许用应力：(F：=gim/SF*Yn按齿面硬度中间值查图6-18得：CFlim1=240Mpa0Flim2=220MPa.由图6-20得弯曲疲劳强度寿命系数：Yni=1(No=3*106,Ni>No)Yn2=1(No=3*106,N2>No)按一般的可靠性要求，取弯曲疲劳安全系数Sf=1,则cfi=(TFlim1/SF1*Yni=240/1*1=240MPaCF2=(TFlim2/SF2*Yn2=220/1*1=220MPa3）校