机械设计复习 - 图文

机械设计期考复习重点

机械设计

齿轮传动:

（四）问答题

1．平行轴外啮合大、小斜齿轮的螺旋角方向是否相同？斜齿轮受力方向与哪些因素有关？ 2．开式齿轮传动应按何种强度条件进行计算？怎样考虑它的磨损失效？ 3．闭式齿轮传动应按何种强度条件进行计算？

4．为什么轮齿弯曲疲劳裂纹常发生在齿根受拉伸侧？

5．如图所示的轮系中，五个齿轮的材料、参数皆相同。当轮1主动时，问哪个齿轮的接触疲劳强度最差？哪个齿轮的弯曲疲劳强度最差？设轮1传递给轮2、2'的功率相同。 答：轮1接触疲劳强度最差，一周

工作两次。

轮2和2 弯曲疲劳强度最差。 因对称循环的疲劳极限应力一

般仅为脉动循环时的70%。

6．什么叫硬齿面齿轮？什么叫软齿面齿轮？各适用于什么场合？

7．普通斜齿圆柱齿轮的螺旋角取值范围是多少？为什么人字齿轮和双斜齿轮的螺旋角可取

较大值？ ８．选择齿轮齿数时应考虑哪些因素？

９．在锥-圆柱齿轮传动中，应将锥齿轮放在高速级还是低速级？为什么？

10．某开式齿轮传动时发生轮齿折断，试提出可能的改进措施（要求提出５种）。 答：（1）增大齿轮模数，同时减少齿数；（2）改善材料特性，热处理，提高心部的强度

'?b、屈服极限?s、疲劳极限?（3）正变为，增大齿根厚度。（4）增大齿根过渡圆角?1。

半径、降低齿根表面粗糙度值，以减小应力集中。（5）提高加工精度，以减小动载荷系数Kv，齿向载荷系数K?, 齿间载荷分布系数K?。

11．某机器中一对直齿圆柱齿轮传动，材料皆为45钢调质，z1=20，z2=60，模数m=3mm，现仍用原机壳座孔，换配一对45钢表面淬火齿轮，齿宽不变，z1=30，z2=90，模数m=２mm。问：①接触应力有何变化？②接触强度有何变化？③弯曲应力有何变化？ 答：（1）接触应力不变；（2）接触疲劳强度提高。（3）弯曲应力增大。

12．一对闭式软齿面直齿轮传动，其齿数与模数有两种方案：ａ）z1=20；z2=60，模数m=4mm；ｂ）z1=40；z2=120，模数m=2mm，其他参数都一样。试问①两种方案的接触强度和弯曲强度是否相同？②若两种方案的弯曲强度都能满足，则哪种方案更好？

13．齿面接触疲劳强度计算的计算点在何处？其计算的力学模型是什么？它针对何种失效形式？

答：齿面接触疲劳强度的计算点在节点处，这主要是基于点蚀多发生于轮齿节线附近靠齿根一侧。其力学模型是一对圆柱相接触，针对的失效形式为齿面接触疲劳失效，也称为点

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蚀。

（五）受力分析题

１．斜齿轮传动如图所示（不计效率），试分析中间轴齿轮的受力，在啮合点画出各分力的方向。

２．如图所示为三级展开式斜齿圆柱齿轮减速器传动布置方案，为了减小轮齿偏载，并使同一轴上的两齿轮产生的轴向力能相互部分抵消，请指出该如何变动传动的布置方案。

3．起重卷筒用标准直齿圆柱齿轮传动，如图所示，试画出： 1）在位置B处啮合时大齿轮两个分力的方向。

2）当变换小齿轮安装位置，使其在A、B、C各点啮合时，哪个位置使卷筒轴轴承受力最小？（画出必要的受力简图，并作定性分析）

4．如图所示斜齿圆柱齿轮传动，齿轮1主动，在图中补上转向和螺旋线方向，并画出从动轮2其他分力。当转向或螺旋线方向改变时，从动轮2各分力的方向有何变化？

5．如图所示为一两级斜齿圆柱齿轮减速器，动力由轴I输入，轴Ⅲ输出，齿轮4螺旋线方向及Ⅲ轴转向如图示，求：

1）为使轴Ⅱ轴承所受轴向力最小，各齿轮的螺旋线方向。 2）齿轮2、3所受各分力的方向。

6．如图所示为二级减速器中齿轮的两种不同的布置方案，试问哪种方案较为合理？为什么？

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答：第二个方案较合理（b） ,因为此方案的齿轮布置形式使轴在转矩作用下产生的扭转变形能减弱轴在弯矩作用下产生的弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均匀的现象。

蜗杆传动:

各分力的大小及其对应关系如下: 蜗杆切向力(圆周力)Ft1和蜗轮轴向力Fa2

Ft1?2T1d1??Fa2

蜗轮切向力(圆周力) Ft2和蜗杆轴向力Fa1

Ft2?2T2d2??Fa1

蜗轮径向力Fr2和蜗杆径向力Fr1

Fr1?Ft2tan???Fr1

式中, T1、T2分别是蜗杆、蜗轮的转矩；d1、d2分别是蜗杆、蜗轮的分度圆直径；?是蜗杆轴向压力角；负号“-”表示力的方向相反。

1)蜗杆、蜗轮各分力方向判断 蜗杆传动中，蜗杆蜗轮的切向力、径向力方向的判断与外合齿轮传动的方法相同。即：

2)切向力Ft。蜗轮主动时，对于蜗杆为阻力，在啮合点与其蜗杆转向相反；对于蜗轮为驱动力，在啮合点与其蜗轮转向相同。 3)径向力Fr。分别指向各自轴心。

4)轴向力Fa。在蜗轮蜗杆的切向力确定之后，由作用力与反作用力关系就能相应判断蜗轮蜗杆的轴向力方向。

与斜齿圆柱齿轮传动一样，蜗杆传动也可以用左右手定则来确定主动轮（一般为蜗杆）轴向力的方向，即：当蜗杆主动时，右旋用右手握蜗杆，左旋用左手握蜗杆；四指弯曲 (3)各分力方向的判断

蜗杆传动中、蜗杆，蜗轮的切向力、径向力方向的判断与外啮合齿轮传动的方法相同。 轴向力Fa，在蜗杆和蜗轮的切向力Ft1、Ft2方向确定后。由作用力与反作用力关系，就能相应判断蜗轮、蜗杆的轴向力Fa1、Fa2方向。比如：已知蜗杆转向，可确定蜗杆切向力Ft1方向，从而也可确定蜗轮的轴向力Fa2方向。反之，也可由蜗轮转向，确定蜗轮切向力

Ft2方向，从而确定蜗杆轴向力Fa1方向。

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与斜齿圆柱齿轮传动一样，蜗杆传动也可以用“左、右手定则”来确定主动轮（一般为蜗杆）轴向力Fa。

需要强调的是：上述“左右手定则”仅适用于蜗杆主动时。加入蜗杆不是主动，而是蜗轮主动，情况又如何？显然，“左右手定则”不能适用于从动蜗杆。但是，它却仍能对主动件蜗轮的轴向力作出判断。于是，我们就可以总结出这样的规律。

1) “左、右手定则“ 无论对于斜齿圆柱齿轮传动或是蜗杆传动都是同样适用的。 2)左右手定则只适用于主动件。

有时虽然已知蜗杆主动，却不知道其具体转向，而只知道从动件蜗轮在工作中的转向，左右手定则也就不便直接应用，只好由其他方法作出判断。

(4)蜗杆或蜗轮转向的判断

在蜗杆传动的受力分析中，常常需要判断蜗杆或蜗轮的转向。对于零件未知转向的判断，往往需要全面掌握主从动件切向力方向判断，切向力与另一零件轴向力的关系，以及反映主动件转向，轮齿旋向和轴向力方向之间关系的“左右手定则”知识。 6.圆柱蜗杆传动的强度计算

蜗杆传动的强度计算，主要为蜗轮齿面的接触疲劳强度计算和蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算。

关于蜗杆传动的强度计算，在不同教科书，公式的表述形式各不相同，一般只要求做到以下程度就可以了。

1)对计算公式不要求进行推到，但要熟悉公式中各符号和参数的含义及确定方法，并能够正确地应用公式。注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同。

2）注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同，如：由于蜗杆传动效率较低，计算中已不能忽略其影响，故公式中转矩用蜗轮转矩T2，而非蜗杆转矩T1；其次，由于强度计算只针对蜗轮进行，故许用应力、齿形系数等都应取蜗轮的数据。 3)注意公式中单位统一

4)蜗杆和蜗轮的结构

蜗杆一般与轴作成一体；蜗轮结构形式多样，为降低成本，减少有色金属消耗，一般对采用组合式结构。 典型例题

蜗杆传动的常见题型和齿轮传动相似，有时也与齿轮传动综合起来考虑。包括概念类题型、主要参数及几何计算和设计计算题等。

例1：以标准阿基米德蜗杆传动，已知模数m=8mm，蜗杆头数z1?2，传动比i=20，要求中心距a=200mm，试确定蜗杆和蜗轮的主要参数及几何尺寸。 解 ：

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蜗杆齿数：z2?i?z1?20?2?40a?12(d1?d2)?12(d1?mz2)由蜗杆传动的中心距：则蜗杆分度圆直径：蜗杆直径系数：蜗杆顶圆直径：蜗杆根圆直径：蜗杆轴向齿距：蜗杆导程：q?d1?2a?mz2?(2?200?8?40)?80mmd1m?808?10?da1?d1?2ham?80?2?1?8?96mmdf1?d1?2(ha?c)m?80?2?(1?0.2)?8?60.8mm??px??m???8mm?25.133mmz1q210Pn??mz1???8?2?50.266mm蜗杆分度圆导程角：蜗杆分度圆直径：蜗杆喉圆直径：蜗杆外径：??arctan?arctan?1118?36???d2?mz2?8?40?320mmda2?d2?2ham?320?2?1?8?336mm???d2?2(ha?c)m?320?2?(1?0.2)?8?300.8mm

?de2?da2?m?336?8?344mmdf2蜗杆根圆直径：

例2 如图所示为斜齿轮-蜗杆减速器，小齿轮由电动机驱动，转向如图。已知：蜗轮右旋；电动机功率P=4kW，转速n=1450r/min, 齿轮传动的传动比i1?2; 蜗杆传动效率??0.86，传动比i2?18，蜗杆头数z3?2，模数m=10mm分度圆直径d3?80mm，压力角??20?齿轮传动效率损失不计。试完成以下工作：1.使中间轴上所受轴向力部分抵消，确定各轮的旋向和回转方向。2.求蜗杆啮合点的各分力的大小，并在图中画出力的方向。 解：1)各轮的旋向回转方向以及蜗杆在啮合点的各分力方向如图所示所示。

1) 蜗杆的转矩

T3?9.55?106Pn1i1?(9.55?10?641450?2)?5.27?10N?mm

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