機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)集10、11答案

1、 機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)集第十章 齒輪傳動：三、分析與思考題1034 在不改變齒輪的材料和尺寸的情況下，如何提高輪齒的抗折斷能力?答：1、加大齒根圓角半徑，以減小應(yīng)力集中；2、增加軸的剛性，使受載均勻；3、采用合適的熱處理使齒芯具有足夠的韌性；4、對齒根進(jìn)行強(qiáng)化處理。1035 齒面點(diǎn)蝕一般首先發(fā)生在輪齒的什么部位？在開式齒輪傳動中，為什么一般不出現(xiàn)點(diǎn)蝕破壞？如何提高齒面抗點(diǎn)蝕的能力？答：齒面點(diǎn)蝕一般首先發(fā)生在輪齒節(jié)線附近靠近齒根處。開式齒輪傳動的主要失效是磨損，還沒有出現(xiàn)點(diǎn)蝕就可能已磨損了。措施：1、提高齒面硬度，降低粗糙度；2、提高潤滑油粘度；3、采用正傳動，提高綜合曲率半徑， 減小接觸應(yīng)力。1036

2、軟齒面齒輪和硬齒面齒輪是如何劃分的？軟齒面齒輪和硬齒面齒輪在加工方法上有何區(qū)別？為什么？答：根據(jù)齒面硬度劃分，HBsF2。大、小齒輪彎曲強(qiáng)度相等的條件是：1043試分析一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，在中心距和傳動比一定的情況下，齒數(shù)和模數(shù)的不同選擇方案各有何利弊? 答：齒數(shù)增大，模數(shù)減小，則：1、重合度a，傳動平穩(wěn)；2、齒高h(yuǎn)，滑動系數(shù)，磨損；3、da，齒輪重量，切削量；4、齒輪彎曲強(qiáng)度。1044 齒寬系數(shù)d的大小對齒輪傳動的尺寸和強(qiáng)度影響如何?選取時(shí)要考慮哪些因素? 答：齒寬系數(shù)d越大，則齒輪的有效齒寬越大，齒輪的承載能力越強(qiáng)，強(qiáng)度越高；但齒寬越大，齒輪的偏載越嚴(yán)重，使得載荷分布不均勻，K增大，

3、計(jì)算應(yīng)力增大，強(qiáng)度降低。因此，要根據(jù)支承方式適當(dāng)選擇齒寬系數(shù)d。1045在圓柱齒輪傳動設(shè)計(jì)中，為什么通常取小齒輪的寬度大于大齒輪齒寬?在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)是采用哪個(gè)齒寬?圓錐齒輪傳動又如何? 答：因?yàn)檩S系零件和箱體存在加工和裝配誤差，使得兩齒輪軸向錯(cuò)位而減小了輪齒的接觸寬度，為了保證輪齒的接觸寬度，通常取小齒輪的寬度大于大齒輪齒寬。在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)采用的有效齒寬是大齒輪的齒寬。圓錐齒輪則兩齒輪的齒寬取為相等，因?yàn)閳A錐齒輪的軸向位置可以調(diào)整，而且要求兩齒輪的錐頂重合，大端面應(yīng)當(dāng)對齊。1046在齒輪傳動中，載荷分布不均勻系數(shù)K與哪些因素有關(guān)？可采取哪些措施減小K？答：載荷分布不均勻系數(shù)K考慮載荷沿輪齒接觸線分

4、布不均勻的影響，這主要是由于系統(tǒng)變形（軸、軸承、箱體等）引起的，有彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形，可采取如下措施減小K：1、提高軸、軸承、機(jī)架的剛度；2、提高齒輪的制造、安裝精度；3、盡量使齒輪相對軸作對稱布置，避免懸臂布置；4、適當(dāng)減小齒寬；5、轉(zhuǎn)矩從遠(yuǎn)離齒輪端輸入；6、重要傳動中的齒輪作成鼓形齒。1047 有一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動。有關(guān)參數(shù)和許用值如下表，試分析比較哪個(gè)齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度高? 哪個(gè)齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度高?答：彎曲強(qiáng)度可比較齒輪1的彎曲強(qiáng)度高。接觸強(qiáng)度可比較 和顯然 ，齒輪1的接觸強(qiáng)度高。1048 現(xiàn)有A、B兩對閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動。其參數(shù)如下表所示。其材料及熱處理硬度、載荷、工況

5、及制造精度均相同。試分析比較這兩對齒輪接觸強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度的高低。 解：兩對齒輪的材料及熱處理硬度、載荷、工況及制造精度均相同，即表示其許用應(yīng)力都相同，只需比較其計(jì)算應(yīng)力的大小。 A: d1=mz1=240=80mm B: d1=mz1=420=80mm彎曲強(qiáng)度：每對齒輪都是小齒輪的彎曲應(yīng)力大，只算小齒輪的彎曲應(yīng)力。A：B：A對齒輪的彎曲強(qiáng)度高。接觸強(qiáng)度：A：B：兩對齒輪的接觸強(qiáng)度一樣高。1049 一標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動，若傳遞載荷不變，齒輪齒數(shù)、中心距和許用應(yīng)力不變，小齒輪轉(zhuǎn)速 n1從960 r/min降為720 r/min。試問要改變何參數(shù)，并使該值與原用值之比大致等于多少才能保證該傳動具有

6、原來的抗彎曲強(qiáng)度?答：由于轉(zhuǎn)速下降，使得傳遞的扭矩增加，有即扭矩增加為原來的 倍。由彎曲應(yīng)力計(jì)算公式只有改變齒寬b，并使其等于原用值的1.333倍才能保證該傳動具有原來的抗彎曲強(qiáng)度。1050兩級齒輪傳動中，若一級為斜齒，另一級為直齒，試問斜齒圓柱齒輪應(yīng)置于高速級還是低速級？為什么？若為直齒錐齒輪和圓柱齒輪所組成的兩級傳動，錐齒輪應(yīng)置于高速級還是低速級？為什么？答：斜齒圓柱齒輪應(yīng)置于高速級，這是因?yàn)樾饼X輪在高速級時(shí)相對于低速級時(shí)的軸向力小，可使軸承受力較小。若為直齒錐齒輪和圓柱齒輪所組成的兩級傳動，錐齒輪應(yīng)置于高速級，這是因?yàn)楦咚偌壦俣雀?、受力小，錐齒輪的尺寸較小，便于加工。1051 （3）答：

7、齒輪4的接觸強(qiáng)度最弱。1051 圖示為一二級展開式標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪減速器。已知，高速級齒數(shù)z1=44, z2=94，模數(shù) m12=2.5 mm，中心距 a 12 = 175 mm，齒寬b2= 90mm；低速級齒數(shù)z3=40，z4=75，模數(shù)m34= 3 mm，中心距a34 =175 mm，齒寬b4=100 mm；四個(gè)齒輪的材料相同，許用接觸應(yīng)力分別為： H1H3= 550 MPa，H2H4=420MPa；傳動的摩擦損耗可忽略不計(jì)，假設(shè)兩對齒輪傳動的載荷系數(shù)K相同。試： (1)標(biāo)出齒輪2輪齒螺旋線的旋向，以使 II軸軸承上所受軸向力小些；(2)畫出各齒輪的受力圖(力的作用點(diǎn)和方向)；(3)判斷哪

8、個(gè)齒輪的接觸強(qiáng)度最弱。答：題1051圖（3）的解答在上一頁。1052圖示為二級圓錐圓柱齒輪減速器簡圖，輸入軸轉(zhuǎn)向n1如圖所示。(1)合理確定斜齒輪3和4的螺旋線方向（畫在圖上），；(2)在圖上畫出各齒輪的圓周力、徑向力和軸向力的方向；(3)軸為輸出軸，應(yīng)從軸的哪端輸出扭矩為好？為什么？答：題1052圖應(yīng)從軸的上端輸出扭矩，使彎曲、扭轉(zhuǎn)的變形抵消一部分。1053有一同學(xué)設(shè)計(jì)閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動，方案一其參數(shù)為：m=4mm、z1=20、z2=60，經(jīng)強(qiáng)度計(jì)算其齒面接觸疲勞強(qiáng)度剛好滿足設(shè)計(jì)要求，但齒根彎曲應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力，因而又進(jìn)行了兩種方案設(shè)計(jì)。方案二為：m=2mm、z1=40、z2=1

9、20，其齒根彎曲疲勞強(qiáng)度剛好滿足設(shè)計(jì)要求；方案三為：m=2mm、z1=30、z2=90。假設(shè)改進(jìn)后其工作條件、載荷系數(shù)K、材料、熱處理硬度、齒寬等條件都不變，問：(1)改進(jìn)后的方案二、方案三是否可用？為什么？(2)應(yīng)采用哪個(gè)方案更合理？為什么？答：(1) 方案二 與方案一的d1相同，齒面接觸疲勞強(qiáng)度不變，可用。方案三比方案一的d1減小，齒面接觸疲勞強(qiáng)度降低，不可用。(2) 方案一與方案二相比較，應(yīng)采用方案二更合理，因?yàn)樵赿1不變的條件下，齒數(shù)多、模數(shù)小有如下優(yōu)點(diǎn)：1、重合度a，傳動平穩(wěn)；2、齒高h(yuǎn)，滑動系數(shù)，磨損；3、da，齒輪重量，切削量。四、設(shè)計(jì)計(jì)算題1054 設(shè)計(jì)一直齒圓柱齒輪傳動，原用

10、材料的許用接觸應(yīng)力為H1=700MPa，H2 =600MPa，求得中心距a=100mm；現(xiàn)改用H1=600MPa，H2=400MPa的材料，若齒寬和其它條件不變，為保證接觸疲勞強(qiáng)度不變，試計(jì)算改用材料后的中心距a。解： 即1055 一直齒圓柱齒輪傳動，已知zl=20，z2=60，m=4mm，B1=45mm，B2=40mm，齒輪材料為鍛鋼，許用接觸應(yīng)力H1=500MPa，H2=430MPa，許用彎曲應(yīng)力F1=340MPa， F2=280MPa，彎曲載荷系數(shù)K=1.85，接觸載荷系數(shù)K=1.40，求大齒輪所允許的輸出轉(zhuǎn)矩T2 (不計(jì)功率損失)。解：1、計(jì)算彎曲強(qiáng)度允許的輸出轉(zhuǎn)矩2、計(jì)算接觸強(qiáng)度允許

11、的輸出轉(zhuǎn)矩大齒輪所允許的輸出轉(zhuǎn)矩T2=168938Nmm。10一56有一對閉式軟齒面直齒圓柱齒輪傳動，已知小齒輪齒數(shù)z1=20，傳動比i=3，模數(shù) m=4mm，齒寬 b = 80 mm，齒面接觸應(yīng)力H = 400MPa，大齒輪齒根彎曲應(yīng)力 F2 = 50 MPa。現(xiàn)可忽略載荷系數(shù)K對強(qiáng)度的影響，試求：（1）小齒輪的齒根彎曲應(yīng)力F1；（2）當(dāng)其他條件不變，而 b =40mm時(shí)的齒面接觸應(yīng)力H和齒根彎曲應(yīng)力F1、F2；（3）當(dāng)傳動比i及其他條件不變，而 z1= 40，m = 2 mm時(shí)的齒面接觸應(yīng)力H和齒根彎曲應(yīng)力F1、F2。解：（1）（2）（3） （因?yàn)閐1不變）1057 設(shè)計(jì)銑床中一對直齒圓柱

12、齒輪傳動，已知功率P1=7.5kW，小齒輪主動，轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，齒數(shù)z1=26，z2=54，雙向傳動，工作壽命Lh=12000h。小齒輪對軸承非對稱布置，軸的剛性較大，工作中受輕微沖擊，7級制造精度。解：略1058 設(shè)計(jì)一斜齒圓柱齒輪傳動，已知功率Pl=40kW，轉(zhuǎn)速n1=2800r/min，傳動比i=3.2，工作壽命Lh=1000h，小齒輪作懸臂布置，工作情況系數(shù)KA=1.25。解：略1059 設(shè)計(jì)由電動機(jī)驅(qū)動的閉式圓錐齒輪傳動。已知功率P1=9.2kW，轉(zhuǎn)速n1=970r/min，傳動比i=3，小齒輪懸臂布置，單向轉(zhuǎn)動，載荷平穩(wěn)，每日工作8小時(shí)，工作壽命為5年(每年250個(gè)工

13、作日)。解：略第十一章 蝸桿傳動三、分析與思考題1124 蝸桿傳動與齒輪傳動相比有何特點(diǎn)?常用于什么場合?答：特點(diǎn)：1、 傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊；2、 傳動平穩(wěn)，噪聲低；3、 當(dāng)gjv時(shí)，具有自鎖性；4、 齒面滑動速度大，效率低。適用于大傳動比的運(yùn)動傳遞，而在動力傳輸中的應(yīng)用受到限制。1125 與普通圓柱蝸桿傳動相比，圓弧圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動各有何特點(diǎn)?各適用于什么場合?答：圓弧圓柱蝸桿傳動效率高，承載能力強(qiáng)，體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備的減速機(jī)構(gòu)中； 環(huán)面蝸桿傳動傳動效率高，承載能力強(qiáng)； 錐蝸桿傳動重合度大，傳動比范圍大，承載能力和效率較高。1126 影響蝸桿傳

14、動效率的主要因素有哪些?為什么傳遞大功率時(shí)很少用普通圓柱蝸桿傳動?答：影響蝸桿傳動效率的主要因素有嚙合摩擦損耗 、 軸承摩擦損耗 、 濺油損耗，其中主要是嚙合摩擦損耗，它與蝸桿的導(dǎo)程角、滑動速度等有關(guān)。傳遞大功率時(shí)很少用普通圓柱蝸桿傳動是因?yàn)槠湫瘦^低。1127 在普通圓柱蝸桿傳動中，為什么將蝸桿的分度圓直徑規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值?答：將蝸桿的分度圓直徑規(guī)定為標(biāo)準(zhǔn)值是為了限制滾刀的數(shù)目，便于滾刀的標(biāo)準(zhǔn)化。1128蝸桿傳動的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則是什么？常用的材料配對有哪些？ 選擇材料應(yīng)滿足哪些要求？答：開式：失效形式為齒面磨損、輪齒折斷，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為保證齒根彎曲疲勞強(qiáng)度；閉式：失效形式為齒面膠合、點(diǎn)蝕，設(shè)計(jì)準(zhǔn)

15、則為按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，還需作熱平衡核算。 蝸桿的材料一般為碳鋼、合金鋼；蝸輪的材料為鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵。 選擇蝸輪、蝸桿材料不僅要求具有足夠的強(qiáng)度，更重要的是具有良好的磨合和耐磨性能。1129 蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力，有的與相對滑動速度大小有關(guān)，而與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)無關(guān)，有的則相反，試說明其原因。答：當(dāng)蝸輪材料為灰鑄鐵或高強(qiáng)度青銅（sB300MPa）時(shí)，蝸桿的承載能力主要取決于齒面膠合強(qiáng)度，但因目前無膠合強(qiáng)度計(jì)算公式，故采用接觸強(qiáng)度計(jì)算，在查蝸輪的齒面許用接觸應(yīng)力時(shí)，要考慮相對滑動速度的大小，而且膠合不屬于疲勞失效，因此許用接觸應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)無關(guān)。若蝸

16、輪材料為sB300MPa的錫青銅，則蝸輪主要為接觸疲勞失效，許用接觸應(yīng)力與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)。1130 對于蝸桿傳動，下面三式有無錯(cuò)誤?為什么?答： 11-31 蝸桿傳動設(shè)計(jì)中為何特別重視發(fā)熱問題?如何進(jìn)行熱平衡計(jì)算?常用的散熱措施有哪些?答：蝸桿傳動齒面滑動速度大，效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大，若熱量不能及時(shí)散出，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量的條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。 常用的散熱措施：1、 加散熱片以增大散熱面積；2、 在蝸桿的軸端加裝風(fēng)扇以加速空氣的流通；3、 在傳動箱內(nèi)裝循環(huán)

17、冷卻管路。 1132 為什么蝸桿傳動要進(jìn)行蝸桿的剛度計(jì)算?對于常用的兩端支承蝸桿軸如何進(jìn)行剛度計(jì)算?答：蝸桿傳動由于傳動比較大，蝸輪的尺寸較大，蝸桿的支承跨距較大，蝸桿受力后會產(chǎn)生較大的變形，會造成輪齒上載荷集中，影響正確嚙合，所以要進(jìn)行蝸桿的剛度計(jì)算。1133 為什么普通圓柱蝸桿傳動的承載能力主要取決于蝸輪輪齒的強(qiáng)度，用碳鋼或合金鋼制造蝸輪有何不利?答：由于結(jié)構(gòu)和材料上的原因，失效總是發(fā)生在蝸輪上。結(jié)構(gòu)上：蝸桿是連續(xù)的齒，而蝸輪的齒則是孤立的；材料上：蝸桿是鋼制的，強(qiáng)度較高，而蝸輪的材料則是青銅，強(qiáng)度較低。在蝸桿傳動中，嚙合齒面具有較大的滑動速度，為了減少磨損，提高抗膠合能力，要求配對輪齒材

18、料具有良好的減磨性、磨合性和耐磨性，用碳鋼或合金鋼制造蝸輪，雖強(qiáng)度高，但與碳鋼蝸桿配對時(shí)減磨性和耐磨性差。1134 在動力蝸桿傳動中，蝸輪的齒數(shù)在什么范圍內(nèi)選取?齒數(shù)過多或過少有何不利?答：蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即z2= i z1 。 z2不宜太?。ㄈ鐉226)，否則將使傳動平穩(wěn)性變差。 z2也不宜太大（z280)，否則在模數(shù)一定時(shí)，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。1135 圖示蝸桿傳動均是以蝸桿為主動件。試在圖上標(biāo)出蝸輪(或蝸桿)的轉(zhuǎn)向，蝸輪齒的螺旋線方向，蝸桿、蝸輪所受各分力的方向。 題1135圖1136如圖所示傳動系統(tǒng)，已知輸出軸n6的方向。(1)

19、使各軸軸向力較小，確定斜齒輪3、4和蝸桿蝸輪1、2的螺旋線方向(標(biāo)在圖上或用文字說明)及各軸的轉(zhuǎn)向；(2)在圖中標(biāo)出各齒輪軸向力的方向。 題1136圖四、設(shè)計(jì)計(jì)算題1137某傳動裝置中采用蝸桿傳動，電機(jī)功率P=10kW，轉(zhuǎn)速n970 rmim，蝸桿傳動參數(shù)：z12，z260，q8，m8，右旋，蝸桿蝸輪嚙合效率 1=0.75，整個(gè)傳動系統(tǒng)總效率=0.70，卷筒直徑D=600 mm，試求：(1)重物上升時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)向（畫在圖上）；(2)重物上升的速度v ；(3)重物的最大重量W ；(4)蝸桿蝸輪所受各力大小，并標(biāo)出各力的方向。 題1137圖解：（1）如圖（2）（3）（4）1138 圖示為簡單手動起重裝置。已知：m8，z11，z240，q10，卷筒直徑D=200 mm，試確定：(1)重物上升1 m，手柄應(yīng)轉(zhuǎn)多少圈？若蝸桿為右旋，當(dāng)重物上升時(shí)，手柄轉(zhuǎn)向如何（畫在圖上）？(2)若蝸桿蝸輪齒面間的當(dāng)量摩擦系數(shù)為fv=0.2，此機(jī)構(gòu)是否自鎖？(3)若重物重量G=1000N，人手推力F=50