机械设计作业齿轮传动答案

齿 轮 传 动 1、齿轮传动常见的失效形式有哪些简要说明闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计准 则。 【答】 齿轮传动常见的失效形式有以下几种 （1）轮齿折断； （2）齿面点蚀； （3）齿面磨损； （4） 齿面胶合； （5）塑性变形。 闭式硬齿面的设计以保证齿根弯曲疲劳强度为主； 闭式软齿面的设计通常以保证齿面接触疲 劳强度为主；开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。 2、简要分析说明齿轮轮齿修缘和做成鼓形齿的目的。 【答】 齿轮轮齿修缘是为了减小齿轮传动过程中由于各种原因引起的动载荷。 做成鼓形是为了改善 载荷沿接触线分布不均的程度。 3、软齿面齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大30～50 HBS 【答】 金属制的软齿面齿轮配对的两轮齿中， 小齿轮齿根强度较弱， 且小齿轮的应力循环次数较多， 当大小齿轮有较大硬度差时， 较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用， 可提高 大齿轮的接触疲劳强度。所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大3050HBS。 4、齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿宽应比大齿轮的齿宽大5～10 mm 【答】 将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上人为地加宽510mm， 以防止大小齿轮因装配误差产生轴 向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷。 5、试分析图示斜齿圆柱齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置和方向） 。 【解】 Fa3 Fr4 Ft4 Fa1 Fr1 Ft1 Fa2 Ft3 Fr3 Fa4 Ft2 Fr2 题 5 图 6、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，问 1）低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反； 2）低速级螺旋角应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。 【解】 （1） 由于中间轴上两齿轮分别为主 动和从动轮，且旋转方向相同，因此为 使轴向力方向相反，必须使齿轮 3 的螺 旋方向与齿轮 2 的相同。 齿轮 2 为左旋， 故齿轮 3 必须左旋，齿轮 4 右旋。 （2） 使中间轴上轮 2 和轮 3 的轴向 力互相完全抵消，需要满足Fa2 Fa3。 Fa2 Ft2tan 2 ,Fa3 Ft3tan3 因齿轮 2 和齿轮 3 传递的转矩相同T  Ft2 dd 2 F t3 3，且 22 d 2  z 2mn2 /cos 2 ,d 3  z3mn3/cos3 整理后可得 tan3Ft2d 3 z3mn3cos 2  tan 2 Ft3d 2 z 2mn2 cos3 因此sin3 z3mn3517 sin 2 sin15 0.1438 z 2mn2 351  3  8.27 8162“ 7、如图所示的齿轮传动，齿轮A、B 和 C 的材料都是中碳钢调质，其硬度齿轮A 为 240 HBS， 齿轮 B 为 260 HBS，齿轮 C 为 220 HBS，试确定齿轮 B 的许用接触应力[ H ]和许用弯曲应力 [ F ]。假定 1）齿轮 B 为惰轮（中间轮） ，齿轮 A 为主动轮，齿轮 C 为从动轮，设K FN  K HN 1； 2）齿轮 B 为主动，齿轮 A 和齿轮 C 均为从动，设K FN  K HN 1。 【解】 1）齿轮 A 为主动轮时， 齿轮 B 为 惰轮。当齿轮 B 与主动轮 A 啮合时， 工作齿面是一侧，当与从动轮 C 啮合 时，工作齿面是另一侧。对于一个轮 齿来讲，工作时双齿面受载，故弯曲 应力是对称循环，而接触应力则仍然 是脉动循环。 取S F 1.5,S H 1 查教材图 10-21（d）得接触疲劳强度极限应力为 H lim  610MPa 查教材图 10-20（c）得 FE  450MPa 则弯曲疲劳极限应力 Flim  0.7 FE  0.7450  315MPa 接触疲劳强度许用应力为[ H ] 弯曲疲劳强度许用应力为[ F ]  K HNH lim 1610  610MPa S H 1 K FNFlim 1315  210MPa S F 1.5 2）齿轮 B 为主动轮时，A 和 C 同为从动轮，齿轮B 推动齿轮 A 和 C 的工作齿面为同一侧齿 面，故弯曲应力和接触应力均为脉动循环。仍取S F 1.5,S H 1 接触疲劳强度极限 H lim  610MPa；弯曲疲劳极限应力 F lim  FE  450MPa 则许用应力分别为 [ H ] K NH  H lim 1610  610MPa S H 1 K FNF lim 1450 300MPa S F 1.5 [ F ] 8、对于做双向传动的齿轮来说，它的齿面接触应力和齿根弯曲应力各属于什么循环特性在做强 度计算时应怎样考虑 【答】 齿面接触应力是脉动循环，齿根弯曲应力是对称循环。 在作弯曲强度计算时应将图中查出的极限应力值乘以。 9、设计小型航空发动机中的一对斜齿圆柱齿轮传动。已知P 1 130 kW，n111640 r/min， z1 23，z2 73，寿命Lh100 h，小齿轮作悬臂布置，使用系数K A 1.25。 【解】 1）选择齿轮的材料和精度等级 根据教材表 10-1 选大小齿轮材料均为 20CrMnTi 渗碳淬火。小齿轮齿面硬度取 62HRC,大齿 轮齿面硬度取走 8HRC，芯部达 300HBS。选精度等级为 6 级。 2）按齿根弯曲疲劳强度设计 ①小齿轮传递的转矩 T1 9.55106 P130 1  9.55106106658N.mm n111640 ②初选载荷系数K t 1.6 ③确定齿宽系数小齿轮作悬臂布置，据教材表10-7 选取 d  0.5 ④初选螺旋角14 ⑤计算斜齿轮的当量齿数 z1z22373 zv1 25.2,z19.9 v2 cos3cos314cos3cos314 ⑥确定齿形系数和应力集中系数 查教材表 10-5 得YFa1 2.62,YSa11.59,YFa2 2.22, YSa21.77 ⑦确定斜齿轮端面重合度 查教材图 10-26 得 a1  0.78, a2  0.88, a  a1  a2  0.78  0.88 1.66 ⑧确定弯曲强度许用应力 循环次数 N1 60n1jLh 60116401100  7.0107 N 2  60n2jLh 6011640 23/731100  2.2107 由教材图 10-18 查得K FN1  K FN2 1 取安全系数S F 1.5 由教材图 10-20（d）得 FN1  FN2  930 MPa 按对称循环变应力确定许用弯曲应力为 [ F1] [F2 ]  0.7 K FN1FN1 1930  0.7 434 MPa S F 1.5 ⑨由弯曲强度计算齿轮的模数 因YFa1YSa2YFa2YSa2,[ F1 ][ F2 ]，将齿轮 1 的参数代入设计公式中