考研機械設(shè)計-13

1、考研機械設(shè)計-13（總分：100.01 ,做題時間：90分鐘）一、填空題（總題數(shù)：34,分?jǐn)?shù)：50.00）.斜齒圓柱齒輪的動載荷系數(shù) K v和相同尺寸精度的直齒圓柱齒輪相比較是1的。（分?jǐn)?shù)：1.00）解析：較小.斜齒圓柱齒輪的齒數(shù)z與模數(shù)m n不變，若增大螺旋角 0 ,則分度圓直徑d 1 o（分?jǐn)?shù)：1.00）解析：增大.對于齒面硬度0 350HBW的齒輪傳動，當(dāng)兩齒輪均采用 45鋼，一般應(yīng)采取的熱處理方式為 1。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：小齒輪調(diào)質(zhì)，大齒輪正火.一對圓柱齒輪傳動，當(dāng)其他條件不變時，僅將齒輪傳動所受的載荷增大為原載荷的4倍，其齒面接觸應(yīng)力將增大為原應(yīng)力的1倍。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析

2、：2.直齒錐齒輪強度計算時，應(yīng)以1為計算的依據(jù)。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：齒寬中點處的當(dāng)量直齒圓柱齒輪.設(shè)計齒輪傳動時，若保持傳動比i與齒數(shù)和z 2 =z 1 +z 2不變，而增大模數(shù) m,則齒輪的彎曲強度 1 ,接觸強度2。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：提高；提高.鋼制齒輪，由于滲碳淬火后熱處理變形大，一般需經(jīng)過 1加工，否則不能保證齒輪精度。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：磨齒.對于高速齒輪或齒面經(jīng)硬化處理的齒輪，進行齒頂修緣，可以 1。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：減小嚙入與嚙出沖擊，降低動載荷.對直齒錐齒輪進行接觸強度計算時，可近似地按 1處的當(dāng)量直齒圓柱齒輪來進行計算，而其當(dāng)量齒數(shù)為z v = 2 o（分

3、數(shù)：1.50）解析：錐齒輪齒寬中點；z/cos S.減小齒輪動載荷的主要措施有：1 ;2。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：提高齒輪制造精度，以減少齒輪的基節(jié)誤差與齒形誤差；進行齒廓與齒向修形.斜齒圓柱齒輪的齒形系數(shù) 丫 Fa與齒輪參數(shù)：1、2、3有關(guān)，而與4無關(guān)。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：齒數(shù)z、變位系數(shù)x、螺旋角0 ;模數(shù)m.在齒輪傳動設(shè)計中，影響齒面接觸應(yīng)力的主要幾何參數(shù)是1和2 ；而影響極限接觸應(yīng)力 b Him的主要因素是3和4 o（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：分度圓直徑d 1、齒寬b；齒輪材料的種類、熱處理方式.當(dāng)一對齒輪的材料、熱處理、傳動比及齒寬系數(shù)。d 一定時，由齒輪強度所決定的承載能力，僅與齒

4、輪的1或與一一有關(guān)。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：分度圓直徑d 1 ；中心距a.齒輪傳動中接觸強度計算的基本假定是1。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：一對漸開線齒輪在節(jié)點嚙合的情況，可近似認(rèn)為以p 1、p 2為半徑的兩圓柱體接觸.在齒輪傳動的彎曲強度計算中的基本假定是將輪齒視為1。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：懸臂梁.對大批量生產(chǎn)、尺寸較大（D50mm）形狀復(fù)雜的齒輪，設(shè)計時應(yīng)選擇1毛坯。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：鑄造.一對減速齒輪傳動，若保持兩輪分度圓的直徑不變，而減少齒數(shù)和增大模數(shù)時，其齒面接觸應(yīng)力將1。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：保持不變.在齒輪傳動時，大、小齒輪所受的接觸應(yīng)力是1的，而彎曲應(yīng)力是2的。（分?jǐn)?shù)：1

5、.50）解析：相等；不相等.圓柱齒輪設(shè)計時，齒寬系數(shù) 。d =b/d 1 , b愈寬，承載能力也愈 1 ,但使2現(xiàn)象嚴(yán)重。選擇 。d的 原則是：兩齒輪均為硬齒面時， 。d值取偏3值；精度高時，。d取偏4值；對稱布置比懸臂布置取偏 5值。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：大；載荷分布不均勻；?。淮?；大.一對齒輪傳動，若兩齒輪材料、熱處理及許用應(yīng)力均相同，而齒數(shù)不同，則齒數(shù)多的齒輪彎曲強度1 ;兩齒輪的接觸應(yīng)力2。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：高；相等21.當(dāng)其他條件不變，作用于齒輪上的載荷增加1倍時，其彎曲應(yīng)力增加1倍；接觸應(yīng)力增加2倍。（分?jǐn)?shù)：1.50） 解析：1;22.正角度變位對一個齒輪接觸強度的影響是使

6、接觸應(yīng)力 變厚，使彎曲應(yīng)力3,彎曲強度4。1,接觸強度2;對該齒輪彎曲強度的影響是輪齒（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：下降、提高；下降、提高.在直齒圓柱齒輪強度計算中，當(dāng)齒面接觸強度已足夠，而齒根彎曲強度不足時，可采用下列措施：1; 2;3來提高彎曲強度。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：中心距不變，增大模數(shù)，減小齒數(shù)；增大壓力角；采用正變位.兩對直齒圓柱齒輪，當(dāng)材料、熱處理完全相同，工作條件也相同（NN 0 ,其中N為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)；N o為應(yīng)力循環(huán)基數(shù)）。在下述兩方案中：z 1 =20, z 2=40, m=6mma=180mrp b=60mm a =20 ;z 1 =40, z 2 =80 , m=3mma

7、=180mm b=60mm a =20。方案1的輪齒彎曲疲勞強度大；方案與的接觸疲勞強 度2。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：；相等.直齒錐齒輪的當(dāng)量齒數(shù) z v = 1 ;標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)和壓力角按 2端選?。皇芰Ψ治龊蛷姸扔嬎阋?直徑為準(zhǔn)。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：z/cos S ;大；平均.已知直齒錐齒輪主動小齒輪所受各分力分別為：F t1 =1628N, F a1 =246N , F n =539N ,若忽略摩擦力，則 F t2 1 , F a2 2 , F r2 = 3 o（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：1628 N ; 539 N ; 246 N.齒輪設(shè)計中在選擇齒輪的齒數(shù)z時，對閉式軟齒面齒輪傳動，一般

8、z 1選得1些；對開式齒輪傳動，一般z 1選得2些。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：多；少.設(shè)齒輪的齒數(shù)為z,螺旋角為0 ,分度圓錐角為S ,在選取齒形系數(shù) 丫 Fa時，標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪按 1 查?。粯?biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪按 2查?。恢饼X錐齒輪按 3查?。▽懗鼍唧w符號或表達(dá)式）。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：z ； zv=z/cos 3 0 ； z v =z/cos S.材料、熱處理及幾何參數(shù)均相同的三種齒輪 （即直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪和直齒錐齒輪）傳動中，承 載能力最高的是1傳動；承載能力最低的是 2傳動。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：斜齒圓柱齒輪；直齒錐齒輪.在閉式軟齒面齒輪傳動中， 通常首先發(fā)生1破壞，故應(yīng)按

9、2強度進行設(shè)計。但當(dāng)齒面硬度350HBVWt, 則易出現(xiàn)3破壞，應(yīng)按4強度進行設(shè)計。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：齒面疲勞點蝕；接觸疲勞；輪齒彎曲疲勞折斷；彎曲疲勞.在斜齒圓柱齒輪設(shè)計中，應(yīng)取1模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值；而直齒錐齒輪設(shè)計中，應(yīng)取 2模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。1.50 )解析：法面；大端.設(shè)計圓柱齒輪傳動時，應(yīng)取小齒輪的齒面硬度1=HBW i ;應(yīng)取小齒輪的齒寬 b i = 2 o（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：HBW2 +（30 50）HBVV b 2 +（5 10）mm.在一般情況下，齒輪強度計算中，大、小齒輪的彎曲應(yīng)力b fi與b F2是1的；許用彎曲應(yīng)力b fpi與b FP2是2的。其原因是：3。（分?jǐn)?shù)：1.

10、50）解析：不相等；不相等；大小齒輪的材料及熱處理不同及工作循環(huán)次數(shù)不同.對齒輪材料的基本要求是：齒面1 ;齒芯2 ,以抵抗各種齒面失效和齒根折斷。（分?jǐn)?shù)：1.50）解析：較硬；較韌二、分析計算題（總題數(shù)：10,分?jǐn)?shù)：50.00）.有兩對材料、熱處理方法、加工精度等級和齒寬均對應(yīng)相等的直齒圓柱齒輪，已知：第一對齒輪m=4mmz 1 =20, z 2=40;第二對齒輪 m=3mm z 1 =40, z 2 =80。若不考慮重合度的影響，試計算其相同條件 下工作時，此兩對齒輪接觸應(yīng)力的比值b h/ b H和彎曲應(yīng)力的比值 a F / a F 0附參考公式:并已查得 Y Fa1 =2.81 , Y

11、Sa1 =1.55 , Y Fa2 =2.44 , F Sa2 =1.67 ;（分?jǐn)?shù)：5.00） 正確答案：（）解析：解題要點：（1）從題中給出的數(shù)據(jù)，可知d 1 =mz 1 =4X 20mm=80mmd 1 =mz 1 =3X 40mm=120mm按參考公式，除分度圓直徑d不同外，其他參數(shù)均相同，則有.一對材料及熱處理條件相同的齒輪，一般說來大、小齒輪的齒根最大彎曲應(yīng)力是否相等？許用彎曲應(yīng)力是否相等？為什么？試以標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪為例來說明。I V-IH41提示：許用彎曲應(yīng)力公式為 式中：b Flim為試驗齒輪的彎曲疲勞極限；S Fmin為最小安全系數(shù)；Y ST為試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)；Y N

12、為壽命系數(shù)；Y x為尺寸系數(shù)。（分?jǐn)?shù)：5.00） 正確答案：（）解析：解題要點：z 1，z 2 ,則齒形系數(shù)Y Fa12Y Fa2 ,應(yīng)力修正系數(shù) Y Sa12Y Sa2 ,所以齒（1） 一對相嚙合齒輪，因一般根彎曲應(yīng)力 b F1，b F2 ；（2）由提示給出公式 所以雖然題中給出CT FlimlF Flim2Y ST1 =Y ST2 =2,但 Y X1 =Y X2 =1,Y N1 卞 Y N2F1 W 6 F2如下圖所示的二級斜齒圓柱齒輪減速器，已知：電動機功率P=3kVy轉(zhuǎn)速n=970r/min ；高速級：mm =2mmz 1 =25 , z 2 =53, 0 1 =12 5019;低速級

13、： m n2 =3mm z 3 =22, z 4 =50; a 2 =110mm 試求（計算時 不考慮摩擦損失）：（分?jǐn)?shù)：5.01 ）.為使軸口上的軸承所承受的軸向力較小，確定齒輪3、4的螺旋線方向（繪于圖上）；（分?jǐn)?shù)：1.67）正確答案：（）解析：解題要點：齒輪3、4的螺旋線的方向如下圖解所示;.繪出齒輪3、4在嚙合點處所受各力的方向；（分?jǐn)?shù)：1.67）正確答案：（）解析：齒輪3、4在嚙合點所受各分力F t3 F t4 F r3 F r4 F a3 F a4的方向如上圖解所示;. 0 2取多大值，才能使軸口上所受軸向力相互抵消？（分?jǐn)?shù)：1.67）正確答案：（）解析：若要求軸口上齒輪 2、3的

14、軸向力能相互抵消，則必須滿足下式：ripwrirEFwnF a2 =F a3 ,即 F t2 tan 0 1 =F t3 tan 0 3 ,|由軸 口 的力矩平衡，得 |,則衿*，得即當(dāng)0 3 =70 578”時，軸口上所受的軸向力才能相互抵消。如下圖所示為兩級斜齒圓柱齒輪減速器。已知：高速級齒輪參數(shù)為m n =2mrg 0 =13 , z 1 =20, z 2=60;PyESET低速級齒輪參數(shù)為|, B=12 , z 3 =20, z 4 =68;齒輪4為右旋；軸I的轉(zhuǎn)向如圖示，n 1 =960r/min ,傳遞功率P 1 =5kW,忽略摩擦損失。試求：（分?jǐn)?shù)：5.00）.軸口、w的轉(zhuǎn)向（標(biāo)

15、于圖上）；（分?jǐn)?shù)：1.25）正確答案：（）解析：解題要點：軸口、W的轉(zhuǎn)向已示于上圖解中；.為使軸口的軸承所受的軸向力最小，確定各齒輪的螺旋線方向（標(biāo)于圖上）；（分?jǐn)?shù)：1.25） 正確答案：（）解析：各齒輪螺旋線方向已示于上圖解中，即 z 1為右旋；z 2、z 3為左旋;.齒輪2、3所受各分力的方向（標(biāo)于圖上）；（分?jǐn)?shù)：1.25）正確答案：（）解析：齒輪2、3所受各力F r2 F t2 F a2及F r3 F t3 F a3已示于上圖解中;.計算齒輪4所受各分力的大小。（分?jǐn)?shù)：1.25） 正確答案：（）解析：輪4所受各力的大小傳遞轉(zhuǎn)矩T i、T 3 :m=2mm故求 F t1 與 F t3、F

16、r3、F a3F r3 =F t3 tan a n /cos 0 =4865xtan20 /cos12 N=1810NF a3 =F t3 tan 0 =4865Xtan12 N=1034N輪4與輪3上所受的為作用力與反作用力，故F t4 =F t3 =4865N , F r4 =F r3 =1810N , F a4 =F a3 =1034N如下圖所示為直齒錐齒輪一斜齒圓柱齒輪減速器，齒輪1主動，轉(zhuǎn)向如圖所示。錐齒輪的參數(shù)為:z 1 =20 , z 2 =40 ,小r =0.3 ;斜齒圓柱齒輪的參數(shù)為：m n =3mm z 3 =20 , z 4 =60。試求：（分?jǐn)?shù)：5.00）.畫出各軸的轉(zhuǎn)

17、向；（分?jǐn)?shù)：1.25）正確答案：（）解析：解題要點軸口、W的轉(zhuǎn)向已示于上圖解中；.為使軸口所受軸向力最小，畫出齒輪3、4的螺旋線方向；（分?jǐn)?shù)：1.25）正確答案：（）解析：齒輪3、4的螺旋線方向已示于上圖解中，即 z 3為右螺旋，z 4為左螺旋;.畫出軸口上齒輪2、3所受各力的方向：（分?jǐn)?shù)：1.25）正確答案：（）解析：齒輪2、3所受各力F t2 F r2 F a2及F t3、F r3 F a3已示于圖中；.若要求使軸口上的軸承幾乎不承受軸向力，則齒輪3的螺旋角應(yīng)取多大（忽略摩擦損失）？（分?jǐn)?shù)：1.25） 正確答案：（）|F a2 | = |F a3 | 。按題設(shè)忽略摩擦損失，有解析：欲使軸口

18、上的軸承不承受軸向力，則要求tan S 1 =1/u=z 1 /z 2 =20/40=0.5所以 S =26 3354設(shè)軸 I 輸入轉(zhuǎn)矩為 T i , dm i =(1-0.5 。r )d 1 =(1- 0,5 X0.3)mz 1 =0.85 X2X20mm=34m改聯(lián)立解方程式、，得故當(dāng)0=16 4135時，軸口上的軸承可近似不受軸向力。設(shè)有一對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，已知齒輪的模數(shù)m=5mm大、小齒輪的參數(shù)分別為 z 2 =60 , z 1 =25;從線圖查得齒形系數(shù) YFa2=2.32 , YFa1 =2.72 ;應(yīng)力修正系數(shù) Ysa2=1.76 , Ysa1=1.58;許用彎曲應(yīng)力 b FP

19、2 =300MPa b FP1 =320MPa；并且算得大齒輪的齒根彎曲應(yīng)力b F2 =280MPa。試問：（分?jǐn)?shù)：5,00）（1）,哪一個齒輪的彎曲疲勞強度高 ？（分?jǐn)?shù)：2,50）正確答案：（）解析：解題要點由 因0.01343 0,01361 ,故小齒輪的彎曲疲勞強度高。（2）,兩個齒輪的彎曲疲勞強度是否足夠？（分?jǐn)?shù)：2,50）正確答案：（）解析：又已知 b F2 =280MPa b fp2 =300MPa,故大齒輪的彎曲疲勞強度足夠。而故小齒輪的彎曲疲勞強度足夠。結(jié)論：兩齒輪的彎曲疲勞強度均足夠。有兩對標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動.已知：齒輪對 1的z 1 =20 , z 2 =40 , m 1

20、 =4mm 齒寬b 1 =75mm；齒輪對2的,m 2 =2mm齒寬b 2 =70mm已知兩對齒輪的材料、熱處理硬度相同，齒輪的加工精度、齒面粗糙度均相同，工況也一樣，按無限壽命計算并忽略Y Fa Y Sa的乘積及重合度的影響。試求:;（分?jǐn)?shù)：2.50）（分?jǐn)?shù)：5.00）（1）,按接觸疲勞強度求該兩對齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩的比值正確答案：（）解析：解題要點：根據(jù)題意知，強度計算公式中Z H、Z E、Z及丫 Fa、Y Sa、Y 兩對齒輪均對應(yīng)相等，可略去不計。于是有：求接觸強度時的T 1 /T 1即兩對齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩相等。（2）,按彎曲疲勞強度求該兩對齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩的比值提示：強度計算公式為（分?jǐn)?shù)：2.

21、50）正確答案：（）解析：求彎曲強度時的 T i/T即第一對齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為第二對齒輪的2.143倍。如下圖所示，某齒輪變速箱中有兩對直齒圓柱齒輪傳動，雙聯(lián)主動齒輪1、3分別可與從動齒輪2、4相嚙合，齒數(shù)如圖所示，各齒輪的材料、熱處理硬度、模數(shù)m均相同，主動輪輸入轉(zhuǎn)矩 T i不變。試問：(分?jǐn)?shù)：5.00).當(dāng)兩對齒輪接觸齒寬相同時，哪一對齒輪的接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力大？為什么？(分?jǐn)?shù)：2.50)正確答案：() 解析：解題要點 第一種解法：(a)由提示給出的接觸應(yīng)力公式及題中給出條件知，兩齒輪的 Z H、Z E、K對應(yīng)相等，且兩對齒輪d 1 =d 4 =m 30。又 Z去不計，故有得b H1 =2 b H2 ,即第一對齒輪的接觸應(yīng)力大。(b)由提示給出彎曲應(yīng)力公式及題中給出條件，略去 丫 Fa 丫 Sa 丫 2的影響，有要求彎曲疲勞強度相等，即得 b 34 d 3 =30d 1 ,又 d.當(dāng)齒輪對1、2的接觸齒寬b 12 =30mm而兩對齒輪要求彎曲強度相等時，齒輪對