机械设计齿轮传动题库及答案

机械设计齿轮传动题库及答案一、填空题1.国家标准规定，齿轮传动的标准压力角为____°，标准模数的单位为____。答案：20；mm2.闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是____，设计时按____强度设计，校核____强度。答案：齿面疲劳点蚀；齿面接触疲劳；齿根弯曲疲劳3.开式齿轮传动的主要失效形式是____和____，设计时按____强度设计，模数应放大____以补偿磨损。答案：齿面磨粒磨损；轮齿过载折断；齿根弯曲疲劳；10%~20%4.斜齿圆柱齿轮的重合度比直齿轮____，承载能力更____，传动更平稳，其标准参数是____面的模数和压力角。答案：大；高；法5.齿轮传动中，圆周力的方向在主动轮上与转动方向____，在从动轮上与转动方向____。答案：相反；相同6.斜齿圆柱齿轮的轴向力方向可采用____定则判断，主动轮左旋用____手，右旋用____手。答案：左右手；左；右7.齿面硬度≤350HBW的齿轮称为____齿轮，>350HBW的称为____齿轮，配对的大小齿轮中，通常小齿轮的齿面硬度比大齿轮高____HBW。答案：软齿面；硬齿面；30~508.齿轮传动的载荷系数K由____、____、____、____四部分组成。答案：使用系数KA；动载系数KV；齿向载荷分布系数Kβ；齿间载荷分配系数Kα9.标准直齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数是____，斜齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数比直齿轮____。答案：17；小10.闭式齿轮传动中，当圆周速度v<12m/s时通常采用____润滑，v>12m/s时采用____润滑。答案：油浴；喷油11.齿形系数YFa的大小主要与____有关，齿数越多，YFa越____。答案：齿数；小12.齿轮精度等级共分13级，其中____级精度最高，____级精度最低，一般机械传动常用的精度等级为____级。答案：0；12；6~913.变位齿轮的主要功用有____、____、____、____。答案：避免根切；提高承载能力；修复旧齿轮；配凑中心距14.轮齿的折断分为____折断和____折断两种，硬齿面齿轮更容易发生____折断。答案：疲劳；过载；疲劳15.齿面失效形式主要有____、____、____、____、____五种。答案：疲劳点蚀；磨粒磨损；胶合；塑性变形；腐蚀磨损16.对于高速重载的齿轮传动，容易发生的失效形式是____，通常需要选用极压润滑油来避免。答案：齿面胶合17.一对圆柱齿轮传动，大小齿轮的接触应力σH1和σH2的关系是____，大小齿轮的弯曲应力σF1和σF2的关系是____。答案：σH1=σH2；σF1≠σF218.齿宽系数φd是____与____的比值，齿宽系数过大容易导致____。答案：齿宽b；小齿轮分度圆直径d1；齿向载荷分布不均19.人字齿齿轮的优点是____，适合用于重载场合，其螺旋角通常取为____°。答案：轴向力相互抵消；25~3520.齿轮材料的基本要求是____、____、____。答案：齿面有足够的硬度和耐磨性；齿芯有足够的强度和韧性；良好的加工工艺性和热处理性能二、判断题1.开式齿轮传动的主要失效形式是齿面疲劳点蚀。（×）解析：开式齿轮传动润滑条件差，粉尘多，磨粒磨损是主要失效形式，齿面疲劳点蚀尚未形成就被磨掉，不会成为主导失效。2.硬齿面齿轮传动的设计准则是先按齿根弯曲疲劳强度设计，再校核齿面接触疲劳强度。（√）3.斜齿圆柱齿轮的法面参数是标准参数，端面参数用于几何尺寸计算。（√）4.一对齿轮传动中，小齿轮的弯曲应力通常比大齿轮的弯曲应力大。（√）解析：小齿轮齿数少，齿形系数大，且循环受载次数是大齿轮的u倍（u为传动比），因此弯曲应力更高。5.齿轮传动的接触应力是脉动循环变应力。（√）6.齿宽系数越大，齿轮的承载能力越高，因此设计时应尽量选择大的齿宽系数。（×）解析：齿宽系数过大会导致齿向载荷分布不均，偏载严重，反而降低实际承载能力，需根据工况合理选择。7.变位齿轮的模数、压力角与标准齿轮完全相同。（√）8.斜齿圆柱齿轮的螺旋角越大，传动越平稳，承载能力越高，因此螺旋角越大越好。（×）解析：螺旋角过大会导致轴向力过大，增加轴承负荷和结构成本，通常取8°~20°。9.轮齿的疲劳折断通常发生在齿根圆角处，因为该处应力集中严重，且受交变弯曲应力作用。（√）10.为了提高齿轮的接触疲劳强度，可以增大齿轮的模数。（×）解析：接触疲劳强度主要与分度圆直径、中心距相关，增大模数对接触强度提升效果不明显，增大中心距或提高齿面硬度更有效。11.低速重载的齿轮传动容易发生齿面塑性变形。（√）12.一对齿轮传动中，小齿轮的齿面硬度应该比大齿轮低30~50HBW。（×）解析：小齿轮转速高，受载次数多，需比大齿轮硬度高30~50HBW，保证两者使用寿命接近。13.齿轮的精度等级越高，允许的圆周速度越高。（√）14.采用鼓形齿可以有效改善齿向载荷分布不均的问题。（√）15.直齿锥齿轮的标准参数取大端的参数。（√）16.齿轮传动的动载系数主要与齿轮的制造精度和圆周速度有关。（√）17.开式齿轮传动不需要考虑润滑问题。（×）解析：开式齿轮传动需加注润滑脂减少磨粒磨损，延长使用寿命。18.非金属材料齿轮适合用于高速轻载、要求低噪音的场合。（√）19.同一模数的齿轮，齿数越多，齿形系数越大。（×）解析：齿数越多，轮齿越接近齿条形状，齿形系数越小。20.斜齿圆柱齿轮的轴向力方向只与螺旋线方向有关。（×）解析：轴向力方向与螺旋线方向、齿轮转向、主动/从动状态均相关。三、单项选择题1.闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是（）A.轮齿折断B.齿面疲劳点蚀C.齿面磨损D.齿面胶合答案：B2.硬齿面齿轮传动的设计顺序是（）A.按接触强度设计，校核弯曲强度B.按弯曲强度设计，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答案：B3.斜齿圆柱齿轮的标准参数是（）A.端面参数B.法面参数C.轴向参数D.任意截面参数答案：B4.一对齿轮传动中，大小齿轮的接触应力关系是（）A.σH1>σH2B.σH1<σH2C.σH1=σH2D.不确定答案：C5.开式齿轮传动设计时，模数应放大10%~20%，目的是补偿（）的影响。A.齿面磨损B.齿面点蚀C.齿面胶合D.轮齿变形答案：A6.斜齿圆柱齿轮的螺旋角通常取（）A.1°~5°B.8°~20°C.25°~35°D.40°~50°答案：B7.齿轮传动中，主动轮的圆周力方向（）A.与转向相同B.与转向相反C.指向轮心D.背离轮心答案：B8.高速重载有冲击的齿轮传动，应选用的材料是（）A.45钢调质B.HT300灰铸铁C.20CrMnTi渗碳淬火D.ZG310-570铸钢答案：C9.闭式齿轮传动中，当圆周速度v>12m/s时，应采用（）润滑方式。A.油浴润滑B.喷油润滑C.润滑脂润滑D.固体润滑答案：B10.标准直齿圆柱齿轮不发生根切的最小齿数是（）A.14B.17C.21D.25答案：B11.齿形系数YFa的大小主要取决于（）A.模数B.齿数C.齿宽D.压力角答案：B12.一般机械传动中，齿轮常用的精度等级是（）A.2~5级B.6~9级C.10~12级D.13级答案：B13.齿面胶合最容易发生在（）的齿轮传动中。A.低速重载B.高速重载C.低速轻载D.高速轻载答案：B14.配对的大小齿轮，小齿轮的齿面硬度应比大齿轮高（）HBW。A.0~10B.10~20C.30~50D.100以上答案：C15.下列措施中，不能提高齿轮接触疲劳强度的是（）A.提高齿面硬度B.增大中心距C.增大模数D.采用正变位齿轮答案：C四、简答题1.简述闭式齿轮传动和开式齿轮传动的主要失效形式及对应的设计准则。答案：①闭式软齿面齿轮传动（齿面硬度≤350HBW）：主要失效形式为齿面疲劳点蚀，其次为轮齿弯曲疲劳折断，设计准则为按齿面接触疲劳强度计算确定主要参数，再校核齿根弯曲疲劳强度；②闭式硬齿面齿轮传动（齿面硬度>350HBW）：主要失效形式为轮齿弯曲疲劳折断，其次为齿面疲劳点蚀，设计准则为按齿根弯曲疲劳强度计算确定主要参数，再校核齿面接触疲劳强度；③开式齿轮传动：主要失效形式为齿面磨粒磨损、轮齿过载折断，目前无成熟的磨损计算方法，设计准则为按齿根弯曲疲劳强度计算，将所得模数放大10%~20%补偿磨损量，无需校核接触强度。2.简述齿轮传动中齿向载荷分布不均的产生原因及改善措施。答案：产生原因：①轴、轴承、箱体的受力变形导致齿轮偏斜；②齿轮制造、安装误差，如齿向误差、轴线平行度误差；③齿宽过大，载荷沿齿宽方向分布梯度大，易出现边缘载荷集中。改善措施：①合理选择齿宽系数，避免齿宽过大；②提高齿轮制造、安装精度，严格控制轴线平行度、齿向公差；③采用鼓形齿，将轮齿沿齿向加工为中间厚、两端薄的鼓形，补偿变形导致的边缘接触；④合理布置轴承，优先采用对称布置，避免悬臂布置；⑤重载齿轮可采用薄壁轮缘结构，靠弹性变形实现均载。3.简述斜齿圆柱齿轮传动与直齿圆柱齿轮传动相比的优缺点。答案：优点：①啮合性能好，轮齿逐渐进入、退出啮合，冲击小、噪音低，传动平稳性好；②重合度大，承载能力高，适合高速重载场合；③最小不根切齿数小于直齿轮，可获得更紧凑的结构；④可通过调整螺旋角大小调整轴向力，人字齿可完全抵消轴向力。缺点：①运转时产生轴向力，需采用能承受轴向载荷的轴承，增加结构复杂度和成本；②螺旋角设计需兼顾承载能力和轴向力，设计流程更复杂；③需采用专用刀具加工，高精度齿轮的加工成本更高。4.简述齿轮常用材料及选用原则。答案：常用材料：①锻钢：应用最广，中碳钢（如45钢、40Cr）经调质、表面淬火后适合中速中载场合；渗碳钢（如20Cr、20CrMnTi）经渗碳淬火后硬度可达58~62HRC，适合高速重载有冲击的场合；②铸钢：适合直径大于400~600mm、锻造困难的大尺寸齿轮，常用牌号为ZG310-570，经正火处理后使用；③铸铁：适合低速、轻载、无冲击的场合，常用灰铸铁HT300，减震耐磨、成本低；④非金属材料：如尼龙、夹布胶木，适合高速轻载、低噪音要求的仪器仪表齿轮。选用原则：①满足工况要求，根据载荷大小、转速高低、冲击程度、精度要求选择材料；②考虑加工工艺性，大尺寸齿轮优先选用铸钢，批量小的场合优先选用常规热处理材料；③兼顾经济性，优先选用碳钢，重载冲击场合再选用合金钢，不重要的场合可选用铸铁。5.简述齿面胶合的产生原因及预防措施。答案：产生原因：高速重载齿轮传动中，齿面啮合处摩擦生热导致油温升高，润滑油膜破裂，两齿面金属直接接触发生粘连，随轮齿相对滑动，较软齿面材料被撕下形成沿滑动方向的沟纹，即为热胶合；低速重载齿轮传动中，齿面压力大，润滑油膜难以形成，也会发生冷胶合。预防措施：①提高齿面硬度，降低表面粗糙度；②采用含极压添加剂的抗胶合润滑油；③合理匹配配对齿轮材料，避免相同金属材料配对；④适当增大模数和齿厚，降低齿面接触压力；⑤加强冷却散热，降低齿面工作温度。五、计算题1.已知一闭式单级直齿圆柱齿轮传动，小齿轮材料为40Cr调质，硬度260HBW，大齿轮为45钢调质，硬度220HBW，传递功率P=10kW，小齿轮转速n1=960r/min，齿数z1=24，z2=72，模数m=3mm，齿宽b1=84mm，b2=78mm，载荷系数K=1.3，许用接触应力[σH1]=600MPa，[σH2]=550MPa，许用弯曲应力[σF1]=420MPa，[σF2]=380MPa，齿形系数YFa1=2.65，YFa2=2.23，应力修正系数YSa1=1.58，YSa2=1.75，钢制齿轮弹性系数ZE=189.8√MPa，试验算该齿轮传动是否满足强度要求。解：（1）计算小齿轮转矩：T1=9.55×10^6×P/n1=9.55×10^6×10/960≈99479N·mm（2）几何参数计算：传动比u=z2/z1=72/24=3，小齿轮分度圆直径d1=mz1=3×24=72mm，齿宽取较小值b=78mm（3）接触强度校核：接触应力公式：σH=2.5ZE√[KT1(u+1)/(bd1²u)]代入数据计算：KT1(u+1)/(bd1²u)=1.3×99479×4/(78×72²×3)=517290.8/1213056≈0.4265σH=2.5×189.8×√0.4265≈474.5×0.653≈310MPa<[σH]=550MPa，接触强度满足要求。（4）弯曲强度校核：弯曲应力公式：σF=2KT1YFaYSa/(bd1m)小齿轮弯曲应力：σF1=2×1.3×99479×2.65×1.58/(78×72×3)≈1082948/16848≈64.3MPa<[σF1]=420MPa大齿轮弯曲应力：σF2=σF1×(YFa2YSa2)/(YFa1YSa1)=64.3×(2.23×1.75)/(2.65×1.58)≈64.3×0.932≈60MPa<[σF2]=380MPa，弯曲强度满足要求。综上，该齿轮传动强度合格。2.已知一斜齿圆柱齿轮传动，法向模数mn=2mm，z1=21，z2=57，螺旋角β=12°，小齿轮主动，转速n1=1450r/min，从输入端看转向为顺时针，小齿轮螺旋线方向为左旋，试求：（1）大齿轮的螺旋线方向；（2）两个齿轮的圆周力、径向力、轴向力的方向；（3）分度圆直径d1、d2及中心距a。解：（1）啮合的斜齿轮螺旋线方向相反，因此大齿轮螺旋线方向为右旋。（2）力的方向：①圆周力：主动轮圆周力与转向相反，因此Ft1方向为逆时针（与小齿轮顺时针转向相反），从动轮圆周力Ft2与从动轮转向相同，与Ft1大小相等、方向相反；②径向力：Fr1指向小齿轮轮心，Fr2指向大齿轮轮心；③轴向力：主动轮左旋采用左手定则，四指沿小齿轮顺时针转向，大拇指指向即为Fa1方向（假设为向左），Fa2与Fa1大小相等、方向相反（向右）。（3）几何参数计算：cos12°≈0.9781d1=mnz1/cosβ=2×21/0.9781≈42.94mmd2=mnz2/cosβ=2×57/0.9781≈116.55mm中心距a=(d1+d2)/2=mn(z1+z2)/(2cosβ)=2×78/(2×0.9781)≈79.75mm，可圆整为80mm，通过调整螺旋角实现。3.某直齿锥齿轮传动，z1=20，z2=60，大端模数m=5mm，齿宽系数φR=0.3，试计算：（1）分锥角δ1