1、中國石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院期末考試機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一、題型課程設(shè)計(jì)，包含問答題、改錯(cuò)分析題型及設(shè)計(jì)計(jì)算題，問答題共2題，每題10分，共20分；改錯(cuò)題1題，共30分；設(shè)計(jì)計(jì)算題1題，共50分。二、題目（3）學(xué)號(hào)末尾數(shù)為2、7、9或字母的課程設(shè)計(jì)題目1、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)及使用范圍有哪些？（10分）答：1、瞬間傳動(dòng)比恒定，工作穩(wěn)定，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，可傳遞空間任意兩軸 之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 2、適用的功率和速度范圍廣，功率從近于零的微小值到數(shù)萬千瓦，圓周速 度從很低到 300m/s。 3、傳動(dòng)效率高， =92%-98%。 4、工作可靠，使用壽命長。 5、外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)緊湊。 齒輪傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：制

2、造和安裝精度要求較高，需專門設(shè)備制造，成本 較高，不宜用于較遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。2、 箱體，機(jī)構(gòu)架設(shè)計(jì)的一般要求有哪些？（10分）答：1） 可靠性：在使用期內(nèi)必須安全可靠，其結(jié)構(gòu)應(yīng)與所承受的外力相協(xié)調(diào)， 能滿足強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性、疲勞強(qiáng)度、熱變形等方面的要求。 2） 實(shí)用性：箱體、機(jī)架是機(jī)器重要的組成部分其精度、表面粗糙度、尺寸 和形位公差等技術(shù)指標(biāo)必須確保機(jī)器的使用性能和使用壽命。 3） 工藝性；結(jié)構(gòu)應(yīng)容易鑄造或焊接，減少和防止鑄造或焊接缺陷，便于加 工裝配和調(diào)試。焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化焊接。 4） 經(jīng)濟(jì)性：要盡量減輕結(jié)構(gòu)重量降低材料成本，減少能源消耗、加工工時(shí) 和制造成本。

3、根據(jù)箱體、機(jī)架的不同用途，設(shè)計(jì)中對(duì)以上各項(xiàng)既要有所偏重，又 要統(tǒng)籌兼顧，要重視其外觀造型設(shè)計(jì)。3、改錯(cuò)分析題（30分）下圖為一齒輪減速器部分裝配圖，試指出結(jié)構(gòu)不合理及錯(cuò)誤所在（不考慮圓角和鑄造斜度以及不計(jì)重復(fù)錯(cuò)誤），并用文字說明原因。例如：精加工面過長且拆裝軸承不便。（本題至少10處錯(cuò)誤，每指出一處錯(cuò)誤得3分）答： 1.安裝輪轂的第一段軸應(yīng)制有定位軸肩； 2.鍵槽過長安裝上的鍵與軸承端蓋干涉（相碰） ； 3.軸承端蓋的加工面與非加工面沒有區(qū)分開； 4.在軸與軸承端蓋孔之間缺少密封圈； 5.在軸與軸承端蓋孔之間應(yīng)留有間隙； 6.在軸承端蓋與箱體軸承孔端面缺少調(diào)整墊片； 7.在軸與齒輪孔間缺少周向

4、定位的鍵聯(lián)接； 8.套筒頂不住齒輪（過定位） 9.套筒過高，軸承無法拆卸； 10.軸承安裝反了； 11.軸過長且與軸承端蓋相碰。4、計(jì)算題（50分）試設(shè)計(jì)一單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器中的齒輪傳動(dòng)。已知，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳遞功率10KW，小齒輪轉(zhuǎn)速n=1000r/min，傳動(dòng)比i=4，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)。使用壽命10年。提示：材料、精度等級(jí)選取，齒數(shù)計(jì)算，齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核，齒根彎曲疲勞校核。無需結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。答：1選擇齒輪精度等級(jí)。輸送機(jī)是一般工作機(jī)械，考慮次對(duì)齒輪的傳遞的功率不大，速度不高，故大小齒輪都選用8級(jí)精度。要求齒輪面粗糙度Ra1.63.2um. 常用精度等級(jí)的齒輪的加工方法及其應(yīng)用范圍齒輪的

5、精度等級(jí)6級(jí)（高精度）7級(jí)（較高精度）8級(jí)（普通）9級(jí)（低精度）加工方法用范成法在精密機(jī)床上精磨或精制用范成法在精密機(jī)床上精插或精滾，對(duì)淬火齒輪需要磨齒或研齒等用范成法插或滾用范成法或仿形法粗滾或型銑齒面粗糙度Ra/um0.801.601.603.23.26.36.3用途用于分度機(jī)構(gòu)或高速重載的齒輪，如機(jī)床，精密儀器，汽車，船舶，飛機(jī)中的重要齒用于高、中速重載齒輪，如機(jī)床，內(nèi)燃機(jī)中的較重要齒輪，標(biāo)準(zhǔn)系列減速器的齒輪一般機(jī)械中的齒輪，不屬于分度系統(tǒng)的機(jī)床齒輪，飛機(jī)拖拉機(jī)中不重要的齒輪。輕載傳動(dòng)的不重要齒輪或低速傳動(dòng)對(duì)精度要求低的齒輪周速度V(m/s)圓柱齒輪直齒151053斜齒2517103.5

6、圓錐直齒9632.5表12選材與熱處理。1) 材料：制造齒輪的材料主要是各種鋼材，其次是鑄鐵，還有其它非金屬材料；齒輪材料選用的基本原則：齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等； a) 鋼材分鍛鋼和鑄鋼，只有尺寸較大(d>400 600mm)，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的齒輪宜用鑄鋼，一般都用鍛鋼制造齒輪。軟齒面齒輪經(jīng)調(diào)制或正火處理后切齒，常用45，40Gr等，因此齒面硬度不高，易制造，成本低，故應(yīng)用廣，常用于對(duì)尺寸和重量無嚴(yán)格限制的場合。為了使大小齒輪的壽命接近，應(yīng)是小齒輪的齒面硬度比大齒輪的高出3050HBS。對(duì)于高速重載或重要的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可使用硬度齒面組合，齒面硬度可大致

7、相同。許多鋼材經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砘虮砻嫣幚恚梢猿蔀槌Ｓ玫凝X輪材料；b) 鑄鐵，由于鑄鐵的抗 耐沖擊性能都比較差，因此主要用于制造低速不重復(fù)的開式傳動(dòng)，功率不大的齒輪，常用材料有HT250,HT300等，常作為低速、輕載、不太重要場合的齒輪材料；。c) 非金屬材料，對(duì)高速輕載而又要求低噪音的齒輪的齒輪傳動(dòng)，也可用非金屬材料，加夾布膠木、尼龍等。常用的齒輪材料，熱處理方法、硬度、應(yīng)用舉例見表64，適用于高速、輕載、且要求降低噪聲的場合。2) 熱處理：應(yīng)考慮齒輪尺寸大小，毛坯成型方法及熱處理和制造工藝；鋼制軟齒面齒輪，其配對(duì)兩輪齒面的硬度差應(yīng)保持在3050HBS或更多。 a) 表面淬火一般用于中碳鋼和

8、中碳合金鋼，如45、40Cr等，表面淬火后輪齒變形小，不可磨齒，硬度可達(dá)5256HRC，面硬芯軟，能承受一定沖擊載荷。a) 滲碳淬火滲碳鋼為含碳量0.15 0.25%的低碳鋼和地碳合金鋼，如20、20C等。齒面硬度達(dá)到5662HRC，齒面接觸強(qiáng)度高，耐磨性好，齒芯韌性高，常用于受沖擊載荷的重要傳動(dòng)。通常滲碳淬火或要磨齒。b) 調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)一般用于中碳鋼和中碳合金鋼，如45、45C、35SiMn等。調(diào)質(zhì)處理后齒面硬度為：220260HBS。因?yàn)橛捕炔桓撸士稍跓崽幚砗缶旋X形，且在使用中易于跑合。c) 正火正火能消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒、改善力學(xué)性能和切削性能。機(jī)械強(qiáng)度要求不高的齒輪可用中碳鋼正火處理

9、。大直徑的齒輪可用鑄鋼正火處理。d) 滲氮滲氮是一種化學(xué)處理。滲氮后齒面硬度可達(dá)6062HBC。氮化處理溫度低，輪齒變形小，適用于難以磨齒的場合，如內(nèi)齒輪。特點(diǎn)及應(yīng)用：調(diào)質(zhì)、正火處理后的硬度低，HBS350,屬于軟齒面，工藝簡單，用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)。因小輪齒很薄，彎曲強(qiáng)度低，故在選材和熱處理時(shí)，小輪比大輪硬度高2050HBS。表面淬火、滲碳淬火、滲氮處理后齒面硬度高，屬硬齒面。其承載能力高，但一般需要磨齒。常用于結(jié)構(gòu)緊湊的場合。所以為制造方便，才用軟吃面，大小齒輪均用45鋼，小齒輪調(diào)制處理，吃面硬度：229286HBS,大齒輪正火處理，吃面硬度：169217HBS。 3確定設(shè)

10、計(jì)公式及校核公式按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)：l 防止齒面點(diǎn)蝕的強(qiáng)度條件為：節(jié)點(diǎn)處的計(jì)算接觸應(yīng)力應(yīng)該小于齒輪材料的許用接觸應(yīng)力。即：HHl 齒面最大的計(jì)算接觸應(yīng)力，可采用基本公式赫茲應(yīng)力計(jì)算公式，即:在節(jié)點(diǎn)嚙合時(shí)，接觸應(yīng)力較大，故以節(jié)點(diǎn)為接觸應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)處的綜合曲率半徑為： 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核式： 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)式：上述式中：u齒數(shù)比，u=z2/z1；ZE 彈性影響系數(shù)；ZH 區(qū)域系數(shù)；4計(jì)算過程1) 載荷系數(shù)，按表2取K=1.3，載荷系數(shù)K 原動(dòng)機(jī)工作機(jī)的載荷特性均勻、輕微沖擊中等沖擊大沖擊電動(dòng)機(jī)11.21.21.61.61.8多缸內(nèi)燃機(jī)1.21.61.61.81.92.1單缸內(nèi)燃

11、機(jī)1.61.81.82.02.22.4表22) T1=9.55*106*P1/n1=9.55*106*15/1500=9.55*104N.m3) 接觸疲勞許用應(yīng)力H= Hlim*Zn/SH按齒面硬度中間值，如圖查得Hlim1=600MPa, Hllim2=550MPa 按一年工作300天計(jì)算，應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1=60njlh=60*100*1*10*300*8=1.44*109N2=N1/i=3.6*108 由下圖得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)YN1=1,N2=1.06(N1>N2.N0=109)按一般可靠性要求，取SH=1，則H1= Hlim1*ZN1/SH=600*1/1=600MPa.H2

12、= Hlim2*ZN2/SH=550*1.06/1=583MPa.取H=583MPa (4)計(jì)算小齒輪分度圓直徑,查下表3，按齒輪相對(duì)軸承對(duì)稱布置取 d =1.09， ZH=2.5,齒寬系數(shù)d= b/ d1齒相對(duì)軸承位置齒面硬度350 HBS>350 HBS對(duì)稱布置0.81.40.40.9非對(duì)稱布置0.61.20.30.6懸臂布置0.30.40.20.25表3查下表4得ZE=189.8齒輪材料彈性系數(shù)：ZE () 大齒輪材小齒 料 輪材料鋼鑄鋼鑄鐵球墨鑄鐵鋼189.8188.9165.4181.4鑄鋼188.9188.0161.4180.5表4將以上參數(shù)代入式將以上參數(shù)代入式 = =64

13、取 d1=64mm(5) 計(jì)算圓周速度V=n1d1/60*1000=1000*3.14*64/（60*1000）=3.35m/s.因V<6m/s,故去8級(jí)精度合適。4.5確定主要參數(shù)。1) 齒數(shù)Z對(duì)于軟尺面的閉式傳動(dòng)，在滿足彎曲疲勞的條件下，宜采用較多齒數(shù)，一般取Z1=2040.對(duì)于硬齒面的閉式傳動(dòng)，首先應(yīng)具有足夠大的模數(shù)既保證齒根彎曲強(qiáng)度為減小傳動(dòng)尺寸，宜取較小齒數(shù)但要避免發(fā)生根切，一般取Z1=1720。故取Z1=20 ，Z2= Z1i=20*4=802) 模數(shù)m .模數(shù)影響齒輪的抗彎曲強(qiáng)度，一般在滿足齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件下，宜取較小模數(shù)，以增大齒數(shù)，減小切齒量。故m=d1/z1=64

14、/20=3.2mm在下表5查的m=3mm第一系列 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 1620 25 32 40 50第二系列 1.75 2.25 2.75（3.25） 3.5（3.75） 4.5 5.5（6.5） 7 9（11） 14 18 22 28 36 45表53) 分度圓直徑d1= Z1m=20*3=60mm d2= Z2m=80*3=240mm中心距 a=(d1+d2)/2=(60+240)/2=150mm4) 齒寬系數(shù)d .齒寬系數(shù)是大齒輪齒寬b和小齒輪分度圓直徑 d1之比.增大齒寬系數(shù)，可將小齒輪傳動(dòng)裝置的徑向尺寸，降低齒輪的圓周速度。常將小齒輪齒寬加大510m

15、m，但涉及計(jì)算是按大齒輪齒寬計(jì)算。b2=dd1=1.09*60=65.4mm 取b2=70mm b1=75mm4.6校核彎曲疲勞強(qiáng)度。1)齒形系數(shù)YFS,查下表6得：根據(jù)z1、 z2 得YFS .表準(zhǔn)處齒輪的齒形系數(shù)YFa及應(yīng)力修正系數(shù)Ysa 。Z171819202122232425YFa2.972.912.852.802.762.722.692.652.62Ysa1.521.531.541.551.561.571.5751.581.59Z262728293035404550YFa2.602.572.552.532.522.452.402.352.32Ysa1.5951.601.611.621

16、.6251.651.671.681.70Z60708090100150200YFa2.282.242.222.202.182.122.122.06Ysa1.731.751.771.781.791.831865.1.97表6YFa1=2.80 Ysa1=1.55 YFS1=Y Fa1*Y sa1=4.35 YFa2 =2.22 Ysa2 =1.77 YFs2 = Y Fa2 *Y sa2 =4.1 2） 彎曲疲勞許用應(yīng)力：F=Flim/SF* YN 按齒面硬度中間值查圖6-18得：Flim1=240Mpa Flim2=220MPa. 由圖6-20得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)： YN1= 1 （N0=3*106,N1>N0) YN2= 1 (N0=3*106,N2>N0) 按一般的可靠性要求，取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1,則F1=Flim1/SF1* YN1 =240/1*1=240MPaF2=Flim2/SF2* YN2= 220/1*1=220MPa 3) 校核計(jì)算中等精度齒輪傳