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1、模块 七 一、填空 1、一般开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损和 轮齿折断 ;闭式齿轮传动的主要 失效形式是齿面点蚀和 轮齿折断 ;闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是齿面点蚀 ;闭 式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是轮齿折断 。 2、对于闭式软齿面齿轮传动,按弯曲疲劳强度进行校核,这时影响齿轮强度的最主要 几何参数是直径(或中心距)。 3、对于开式齿轮传动,通常只按弯曲疲劳强度计算。这时影响齿轮强度的主要几何参 数是模数 。 4、一对减速齿轮传动,若保持两轮分度圆的直径不变,减少齿数并增大模数,其齿面接 触应力将不变 。 5、一对齿轮传动,若两轮的材料、热处理方式及许用应力均相同,只是齿数不同
2、,则齿 数多的齿轮弯曲强度高;两齿轮的接触疲劳强度相等 。 6、在材料、 热处理及几何参数均相同的直齿圆柱、斜齿圆柱和直齿圆锥三种齿轮传动中, 承载能力最高的是斜齿圆柱齿轮传动,承载能力最低的是直齿圆锥齿轮传动。 7、齿轮传动的润滑方式主要根据齿轮的圆周速度选择。闭式齿轮传动采用油浴润滑时的 油量根据传递功率确定。 二、选择 1、对于软齿面的闭式齿轮传动,其主要失效形式为(C)。 A轮齿疲劳折断;B齿面磨损; C齿面疲劳点蚀;D齿面胶合。 2、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(D)。 A轮齿疲劳折断;B齿面磨损; C齿面疲劳点蚀;D齿面胶合。 3、齿轮的齿面疲劳点蚀经常发
3、生在(D)。 A靠近齿顶处;B靠近齿根处;C节线附近的齿顶一侧;D节线附近的齿根一侧。 4、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(B)。 A大、小齿轮的硬度相等; B小齿轮硬度高于大齿轮硬度; C大齿轮硬度高于小齿轮硬度;D小齿轮用硬齿面,大齿轮用软齿面。 5、一对标准直齿圆柱齿轮,zl = 21 ,z2 = 63 ,则这对齿轮的弯曲应力(C)。 A. 1F 2F ;B. 1F 2F ;C. 1F = 2F ;D. 1F 2F 。 6、对于开式齿轮传动,在工程设计中,一般(D)。 A先按接触强度设计,再校核弯曲强度;B只需按接触强度设计; C先按弯曲强度设计,再校核接触
4、强度;D只需按弯曲强度设计。 7、设计硬齿面齿轮传动,当直径一定,常取较少的齿数,较大的模数以(A)。 A提高轮齿的弯曲疲劳强度;B提高齿面的接触疲劳强度; C减少加工切削量,提高生产率;D提高轮齿抗塑性变形能力。 8、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,其齿面接 触应力将( C)。 A增大; B减小; C保持不变;D略有减小。 9、在下面的各种方法中,(A)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。 10、在下面的各种方法中,(B)不能增加齿轮轮齿的弯曲疲劳强度。 A直径不变增大模数;B
5、齿轮负变位;C由调质改为淬火;D适当增加齿宽。 11、为提高齿轮传动的接触疲劳强度,可采取的方法是:(B)。 A采用闭式传动;B增大传动的中心距; C模数不变,减少齿数;D中心距不变,增大模数。 12、圆柱齿轮传动的中心距不变,减小模数、增加齿数,可以(C) 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。 13、在以下几种工况中,(A)齿轮传动的齿宽系数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 14、对于齿面硬度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
6、,大齿轮调质;B小齿轮淬火,大齿轮正火; C小齿轮调质,大齿轮正火;D小齿轮正火,大齿轮调质。 15、一对圆柱齿轮,常把小齿轮的宽度做得比大齿轮宽些,是为了(C )。 A使传动平稳;B提高传动效率; C提高小轮的接触强度和弯曲强度;D便于安装,保证接触线长。 16、锥齿轮的接触疲劳强度按当量圆柱齿轮的公式计算,当量齿轮的齿数、模数是锥齿 轮的( B)。 A实际齿数,大端模数;B当量齿数,平均模数; C当量齿数,大端模数;D实际齿数,平均模数。 17、选择齿轮的精度等级时主要依据(D)。 A传动功率; B载荷性质;C使用寿命; D圆周速度。 三、简答(参考答案从略) 1、开式和闭式齿轮传动的失效
7、形式有什么不同?设计准则各是什么?其设计准则针对的 失效形式各是什么? 答: 闭式传动的主要失效形式为齿面点蚀和轮齿的弯曲疲劳折断。当采用软齿面(齿 面硬度 350HBS )时,其齿面接触疲劳强度相对较低。因此设计时首先按齿面接触疲劳强度 条件计算,并确定齿轮主要参数和尺寸,然后再按轮齿的抗弯曲疲劳强度进行校核。当采用 硬齿面(齿面硬度350HBS )时,一般首先按齿轮的抗弯曲疲劳强度条件进行设计, 确定齿轮 的模数及其主要几何参数, 然后再校核其齿面接触疲劳强度。 开式传动的主要失效形式为齿面磨粒磨损。通常按照抗弯曲疲劳强度计算,确定齿轮 的模数及其他参数,但考虑磨粒磨损的影响再将模数增大1
8、0% 20% ,无须校核接触强度。 2、齿轮的齿根弯曲疲劳裂纹发生在危险截面轮齿的那一边?为什么?为提高轮齿抗弯曲 疲劳折断的能力,可采取哪些措施? 答:疲劳裂纹首先发生在危险截面受拉一侧。因为交变的齿根弯曲应力超过材料的弯曲 疲劳极限应力。措施: 首先应对轮齿进行抗弯疲劳强度计算,使齿轮必须具有足够的模数;其 次采用增大齿根过渡圆半径、降低表面粗糙度、进行齿面强化处理( 如喷丸 ) 、减轻加工过程 中的损伤等工艺措施,提高轮齿抗疲劳折断的能力;再次应尽可能消除载荷分布不均匀的现 象,有效避免轮齿的局部折断。 3、齿面点蚀首先发生在什么部位?为什么?防止点蚀可采取哪些措施? 答:一般首先出现在
9、靠近节线处的齿根表面上。因为轮齿进入啮合时,轮齿齿面上会产 生很大的接触应力。对于轮齿表面上的某一局部来说,它受到的是交变的接触应力。如果接 触应力超过了轮齿的许用接触应力,在载荷的多次反复作用下,齿面表层就会出现不规则的 细微的疲劳裂纹。措施:可采用提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、使用黏度较高的润滑油等 措施。 4、一对齿轮传动,如何判断大、小齿轮中哪个齿面不易出现疲劳点蚀?哪个轮齿不易出 现弯曲疲劳折断?理由如何? 答: 一对齿轮传动,一般都是小齿轮容易出现齿面疲劳点蚀,小齿轮容易出现弯曲疲劳 折断;大齿轮不容易出现齿面疲劳点蚀,大齿轮不容易出现弯曲疲劳折断。 因为,大齿轮分度圆直径 大(
10、基圆直径 大)渐开线齿廓曲率小、齿廓较为平直,接触强度比 小齿轮高。大齿轮在工作时,相同时间,比小齿轮循环次数少、应变次数少,不易发生轮齿 疲劳折断。 5、齿轮传动设计过程中,在确定小齿轮的齿数z1和模数 m时,要考虑哪些因素? 答:齿数 z:为避免根切, 标准直齿圆柱齿轮最小齿数zmin=17,斜齿圆柱齿轮zmin=17cos 。 大齿轮齿数为小齿轮齿数的整数倍,跑合性能好。而对于重要的传动或重载、高速传动,大 小齿轮的齿数互为质数,这样轮齿磨损均匀,有利于提高寿命。在满足弯曲强度的前提下, 适当减小模数,增大齿数。高速齿轮或对噪声有严格要求的齿轮传动建议取z125。 模数 m :齿轮模数必
11、须取标准值。为方便加工测量,一个传动系统中,齿轮模数的种类应 尽量少。传递动力的齿轮,其模数不宜小于1.5mm 。过小则加工检验不便。 四、分析与计算 1、试设计两级减速器中的低速级直齿轮传动。已知:用电动机驱动,载荷有中等冲击, 齿轮相对于支承位置不对称,单向运转,传递功率P10 kW,低速级主动轮转速nl400r min,传动比i3.5 。 解 (1)选择材料,确定许用应力 由表 7-1 , 小轮选用45 钢, 调质,硬度为 220 HBS , 大轮选用45 钢,正火,硬度为 190 HBS 。 由图 7-10c 和图 7-12c 分别查得: Hlim1=555 MPa Hlim2=530
12、 MPa Flim1=190 MPa Flim2=180 MPa 由表 7-8 查得SH=1.1 ,SF=1.4 ,故 MPa5 .504 1 .1 555 H 1limH 1H S ,MPa8.481 1.1 530 H 2limH 2 H S MPa7.135 4.1 190 F 1limF 1 F S , MPa5.128 4.1 180 F 2limF 2 F S 因硬度小于350 HBS,属软齿面,按接触强度设计,再校核弯曲强度。 (2)按接触强度设计 计算中心距: mm 335 1 3 a 1 2 H u KT ua 取 H = H2=481 MPa 小轮转矩 mmN1038.2
13、400 10 1055.9 56 1 T 取齿宽系数 a=0.4 ,iu=3.5 由于原动机为电动机,中等冲击,支承不对称布置,故选8 级精度。由表7-5 选 K=1.5。 将以上数据代入,得初算中心距ac=223.7mm (3)确定基本参数,计算主要尺寸 选择齿数 取z1=20,则z2=u,z1=3.5 20=70 确定模数 由公式a = m(z1+z2)/ 2可得:m= 4.98 查标准模数,取m=5 确定中心距 a = m(z1+z2)/ 2=5 ( 20+70)/2=225 mm 计算齿宽 b=aa=0.4 225=90 mm 为补偿两轮轴向尺寸误差,取b1=95 mm ,b2=90
14、mm 计算齿轮几何尺寸(此处从略) (4)校核弯曲强度 MPa 2 1 2 1FS1 1F zbm YKT MPa 2 FS1 FS2 1F 1 2 FS21 2F Y Y zbm YKT 按z1=20,z2=70 由表 7-9 查得YFS1=4.34 、YFS2=3.9 ,代入上式得: F1=68.8MPa F1,安全 F2=61.8MPa F 2,安全 (5)设计齿轮结构,绘制齿轮工作图。(略) 2、设计一对闭式斜齿圆柱齿轮传动。已知:用单缸内燃机驱动,载荷平稳,双向传动, 齿轮相对于支承位置对称,要求结构紧凑。传递功率P12 kW ,低速级主动轮转速nl 350 r min,传动比i3。
15、 解: (1)选择材料,确定许用应力 由表 7-1 ,两轮均选用20CrMnTi,渗碳淬火,小轮硬度为59 HRC ,大轮 56 HRC。 由图 7-10d 和图 7-12d 分别查得: Hlim1=1440 MPa Hlim2=1360 MPa Flim1=370 MPa Flim2=360 MPa 由表 7-8 查得SH=1.3 ,SF=1.6 ,故 MPa1108 3.1 1440 H 1limH 1 H S MPa1046 3.1 1360 H 2limH 2 H S MPa162 6.1 3707.07.0 F 1limF 1 F S MPa158 6.1 3607.07.0 F 2
16、limF 2 F S 因硬度大于350HBS ,属硬齿面,按弯曲强度设计,再校核接触强度。 (2)按弯曲强度设计 计算法向模数: mm 1 cos2.3 3 F 2 1a 2 FS1 n zu YKT m 1) 由于原动机为单缸内燃机,载荷平稳, 支承对称布置, 故选 8 级精度。由表 7-5 选 K=1.6。 2)小轮转矩 mmN1027.3 350 12 1055.9 56 1 T 3)取齿宽系数 a=0.4 4)初选螺旋角 =15 5)取z1=20,iu=3,z2=uz1=320=60。当量齿数: 3 v cos Z Z zv1=22.19 zv2=66.57 由表 7-9 查得YFS1
17、=4.3 、YFS2=4, 比较 YFS/ F YFS1/ F1=4.3/162=0.0265 YFS2/ F2=4/158=0.0253 YFS1/ F1的数值大,将该值与上述各值代入式中,得: mm4 16220134.0 15cos3.41027.36.12.3 1 cos2.3 3 2 25 3 F 2 1a 2 FS1 n zu YKT m 查标准模数,取mn=4 mm (3)确定基本参数,计算主要尺寸 1)试算中心距,由表13-3 中公式a = mn(z1+z2)/ 2 cos 得: ac=165.6 mm,圆整取a=168 mm 2)修正螺旋角 75.17 1682 60204 arccos 2 arccos 21n a zzm 螺旋角在825之间,可用。 3)计算齿宽 b=aa=0.4 168=68 mm 为补偿两轮轴向尺寸误差,取b1=72 mm ,b2=68 mm 4)计算齿轮几何尺寸(按表13-3 计算,此处从略) (4)校核接触强度 2 H 2 3 5 2 3 1 H MPa53.735 368168 131027.36.1 305 ) 1( 305 bua uKT 所以安全。 (5)设计齿轮结构,绘制齿轮工作图。(略)
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