1、三 分析计算题 1如图 a、 b 分别为二级标准斜齿圆柱齿轮减速器的两种布置形式。已知齿轮 2 模数mn2=2.5mm， z2=57， 2=13；齿轮 3 模数 mn3=3mm， z3=19；齿轮 4 轮齿旋向为右旋。若主动轴 I转向如图所示，试： 1） 图 a、 b两种布置形式哪种布置合理？并分析为什么？（ 2 分） 2） 为使中间轴的受力合理，试确定齿轮 2轮齿旋向。（ 2分） 3） 在你认为齿轮布置合理的图上，画出各齿轮受力方向。（ 3 分） 4） 为使轴的外部轴向力为零，试计算出齿轮 3 的螺旋角 3的值？（ 7 分） 5） 若主动轴 I转向相反，轴的轴向力还是否为零？ （ 1 分）
2、图 a 图 b 1） 图 b 布置形式合理 （ 1 分） 。理由：将齿轮布置在远离转矩输入端的位置，（ 1）可利用轴的弯曲和扭转变形的综合作用使齿轮的最大载荷降低；（ 2）也可使载荷分布不均状况得以改善 （答对一个或两个理由都得 1分） 。 2）如本题答图 a、 b 所示： a、 b两图中齿轮 2 皆为左旋。 (2 分，每画对 1个得 1分 ) 3）如本题答 图 b 所示： （总计 6 对分力总计 3 分。每画对 1对分力得 0.5 分） 4） 齿轮 2、 3的圆周力分别为： 222222233333333c o s2c o s/222c o s2c o s/22zmTzmTdTFzmTzmT
3、dTFnIInIIIItnIInIIIIt（ 1） （ 2分） 齿轮 2、 3的轴向力分别为： 222333 tantan tata FF FF （ 2分） 为使轴 II 的轴向力为零，应满足如下条件： 223323 ta nta n ttaa FFFF （ 2） （ 1分） 将（ 1）式代入（ 2）式中整理得： )s i na r c s i n (s i ns i n 222333222333 zm zmzm zmnnnn （ 1 分） 所以， 。549516248.5)13s i n575.2 193a r c s i n (3 （ 1分） 6） 即使轴 I 反转，轴 II 的轴向力仍为
4、零。 （ 1 分） 2（总 15 分）： 如图所示，一级斜齿圆柱齿轮减速器传动装置的小齿轮为悬臂布置形式。该齿轮的轴系采用一对角接触球轴承背对背安装的支撑形式。已知：轴承径向载荷 Fr1、Fr2 方向如图所示， 大小分别为： Fr1=5500N、 Fr2=3000N，小齿轮轴向力 A=1500N。轴承内部轴向力按 S=0.4Fr 计算。 1）分别计算图该对轴承的轴向力 Fa1、 Fa2。（ 8分） 2）若该对轴承的寿命为 8000 小时，现将载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少 2500 小时的工作要求？（ 7分） 1） S1=0.4Fr1 = 0
5、.4x5500 = 2200(N) ，方向向左； （ 1分） S2=0.4Fr2 = 0.4x3000 = 1200(N) ，方向向右； （ 1分） 根据轴的转向及小齿轮旋向判断出：小齿轮轴向力 A 向左。（ 3分） S1+A = 2200+1500 = 3700 (N) S2 = 1200 (N) （ 1 分） 所以， Fa2 = S1+A = 3700 N （ 1分） Fa1 = S1 = 2200 N (1 分 ) （以上步骤中公式正确、轴向力 A方向判断正确，仅计算结果错误，只扣 1分。） 2） 分）（小时小时分分1)(2500)(20008/800028/2)3()260()2(10
6、)3()60()(103636hPThPThLnPfCfLnPfCfL结论：不满足。 （没有中间步骤和计算公式，只答不满足，“蒙对的”给 1分） 四 结构题 1 下图分别用六角头 M16 的普通螺栓、六角头 M16 的铰制孔螺栓连接两块厚度为 20mm 的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（ 4 分）。 答案： 普通螺栓连接（ 2分） 铰制孔螺栓连接（ 2分 ） 2 (结构设计题 )指出齿轮轴系结构图中的错误（指出并改正 8处即可），说明错误原因，并在中心线上方画出正确结构（ 16 分）。已知： 1）齿轮是油润滑，轴承是脂润滑； 2）轴承为深
7、沟球轴承。 答案：任意标出 8处错误，并在上部改正这 8 处错误（每处 2分）。 错误 1：键槽的长度不能大于与其连接的联轴器轴毂的长度； 错误 2：联轴器没有轴向定位； 错误 3 ：没有密封； 错误 4 ：密封处的轴径不能和轴承安装处的轴径相同； 错误 5：轴承端盖作为轴承外圈的定位， 其内圈直径不能小于轴承外环内径； 错误 6：套筒作为轴承内圈的定位，其外径不能大于轴承内环外径； 错误 7：螺栓连接处的画法不对，包括螺纹画法和光孔的画法； 错误 8：没有画剖面线； 错误 9：用套筒对齿轮进行轴向定位时，套筒不能同时与轴肩和齿轮接触； 错误 10：两个键槽的位置应在同一直线上，确保两个键槽一
8、次装夹加工出来； 错误 11：轴肩作为轴承内圈的定位，其直径不能大于轴承内环外径； 错误 12：同错误 5； 错误 13：没有画剖面线； 错误 14：轴的伸出长度不应超过联轴器，这样无法实现两个半联轴器的连接； 错误 15： 联轴器没有实现轴向固定，可采用紧定螺钉或轴端挡圈固定； 错误 16：齿轮是油润滑，轴承是脂润滑，因此应该有两个挡油环。 三、分析题 1. 如图所示， 1、 2 是一对蜗杆蜗轮传动， 3、 4 是一对斜齿轮传动。已知 1 为原动件， 4为输出件，各轮转向如图所示。为了使中间轴上蜗轮 2和斜齿轮 3的轴向力互相抵消一部分， 试确定 1、 2、 3、 4各轮的旋向； 在图上标出
9、 2 和 3 所受各力的方向。 1、 2、 3 轮左旋， 4 轮右旋 3、如图所示为带传动简图。轮 1为主动轮。试问： （ 1）带传动的主要失效形式有哪些？带传动工作时为什么出现弹性滑动现象？能否避免弹性滑动？ （ 2）带传动工作时，带处于图中哪一点应力最大？最大应力 max？ （ 5分） 解： 带传动的主要失效形式有打滑和疲劳断裂。弹性滑动是由拉力差引起的， （只要传递圆周力，必然会产生弹性滑动）。弹性滑动是正常的工作现象，不可避免。 11m a x bc 图中 A点应力最大， 四、计算题 1、某轴由一对代号为 30212的圆锥滚子轴承支承，其 基本额定动载荷 C = 97.8 kN。轴承受
10、径向力 Fr1= 6000N， Fr2 =16500N。轴的转速 n =500 r/min，轴上有轴向力 FA = 3000 N，方向如图。轴承的其它参数见附表。动载荷系数 fd = 1，温度系数 ft= 1。 试：（ 1）说明轴承代号的意义； （ 2）确定轴承的寿命。 (以小时为单位 ) S Fa/Fr e Fa/Fr e e YFr2 X Y X Y 0.40 1 0 0.4 1.5 解 ： 3：轴承类型代号，圆锥滚子轴承； 02：尺寸系列代号（ 0：宽度系列代号， 2：直径系列代号）； 12：内径系列代号，内径为 60mm；公差等级为 0 级。 1）求内部派生轴向力 S1、 S2的大小方
11、向 20005.1260002 11 YFS r N 55005.121 6 5 0 02 22 YFS r N 方向如图所示。 21 5 0 0 0 SNFS A ， 1轴承被“压紧”， 2轴承被“放松”。 2）求轴承所受的轴向力 Aa FSF 21 2500 N 5500 22 SFa N， 3）轴承的当量动载荷 据： Fa1/ Fr1= 2500/6000 = 0.417 e = 0.40，得： X1 = 0.4， Y1 =1.5 P1 = fd（ X1 Fr1 + Y1 Fa1） = 0.4 6000 + 1.5 2500 = 6150 N 据： Fa2/ Fr2 = 5500/165
12、00 = 0.33 e，得： X2 = 1， Y2 = 0 P2 = fd（ X2 Fr2 + Y2 Fa2） = 16500 N P2 P1，用 P2 计算轴承寿命。 4）计算轴承寿命 3106610 1 6 5 0 09 7 8 0 05 0 060 106010 PCnL h 12562 h 2、 一牵曳钩用 2个 M10(d1=8.376mm)的普通螺栓固定于机体上，如图所示。已知接合面间摩擦系数 f =0.15，可靠性系数 Kf=1.2，螺栓材料强度级别为 6.6级，屈服极限 s=360MPa，安全系数 S=3。试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力 R max=?（ 6分） 解：许用应
13、力 :360/3=120MPa 预紧力为由公式 4 *1.3 *Fd 求出预紧力： F=5083.7N 最大牵引 力与预紧力关系公式为 RKzmFf f 最大牵引力为 R=1271N 五、改错题 试分析如图所示轴系结构中的错误，并加以改正。（指出错误之处，并编上号，简述其错误原因，并改正之。）（至少改正 5处） 指出错误之处，并编上号，简述其错误原因（略）。 改正为： 三计算题 1 如图所示二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器， I、 III 轴分别为输入和输出轴。 已知 1轮的转向和螺旋线旋向，欲使 II 轴上两轮的轴向力抵消一部分，要求： 1）画出 2、 3、 4 轮螺旋线旋向； 2）画出 2、
14、3 轮的圆周力、轴向力和径向力的方向及 2轮的转向。 解：如图所示 2 如图所示螺栓联接中采用两个 M20 的螺栓，其小径 d1 17. 294mm，螺栓许用拉应力MPa160 ，被联接件结合面的摩擦系数 f 0.20，可靠性系数 2.1fK 。试计算联接容许传递的静载荷 Q。 解：由结合面不滑移得： QKFmzf fs 0 (4 分 ) 由螺栓强度得： 3.1421 0 d F （ 5 分） 其中 m=2, z=2 （ 1 分） 解得 NQ 19273 （ 2 分） 3.某矿车自重 1 吨，载重 3 吨，矿车的两根同样的车轴各支承在同样的一对车轮上，支承距 a=600mm，轨距 b=900m
15、m，若车 轴材料的许用弯曲应力 =70N/mm2，试画出车轴的弯矩图并确定车轴危险断面的直径 d。 解：车轴弯矩图如下图 Fr1 Fr2 Fr3 Fr4 Fa1 Fa2 Fa3 Fa4 Ft1 Ft2 Ft3 Ft4 900 600 M 最大弯矩 Nm mM 1500001000)22 31(2 600900 (4 分 ) 车轴危险断面的直径 mmMd 75.27701.01 5 0 0 0 01.0 33 (4 分 ) 4一工程机械中的传动装置，根据工作条件决定采用一对圆锥滚子轴承，并暂定轴承型号为 30308，已知轴承载荷 R1 2400N， R2 5000N，轴上的轴向载荷 Fa 800
16、 N，轴转速n=500r/min，运转中取载荷系数 fp 1.5，预期寿命 L h 12000 小时，试求： （ 1） 两轴承的轴向力 A1， A2 （ 4 分） （ 2） 两轴承的径向载荷系数 x1, x2以及轴向载荷系数 y1,y2（ 4分） （ 3） 两轴承的当量动载荷 P1， P2（ 4分） （ 4） 该轴承是否满足寿命要求？（ 2 分） （注： 30308 轴承：额定动载荷 C 90800N，额定静载荷 C0r 108000N， e=0.35， y=1.7。 当 eRA时， x=0.4,y=1.7；当 eRA时， x=1， y=0） 解： S1 R1/(2Y)=2400/(21. 7
17、) 705.8N S2 R2/(2Y)=5000/(21. 7)=1470.6N 因 FA + S2=800+1470.6=2270.6 S1 所以 A1= Fa+ S2=2270.6N A2= S2=1470.6N 取 ft 1， fp 1.5 A1/R1=2270.6/2400=0.94e X1=0.4 Y1=1.7 A2/R2=1470.6/5000=0.09428.768mm） 2、如图所示， a)、 b)分别为斜齿圆柱齿轮的悬臂布置和对称布置的支承形式。图 1)、 2) 分别为一对角接触球轴承背对背、面对面安装支承形式。 1） 请合理选择斜齿轮不同布置形式下，一对角接触球轴承的支承形
18、式，你认为正确的，在“ ”中打“ ”： 图 a)所示悬臂布置宜采用： 图 1)； 图 2) （ 1分） 图 b)所示对称布置宜采用： 图 1)； 图 2)。（ 1分） 2） 根据 1）中的选择结果计算图 a）所示情况下，轴承的轴向力 Fa1、 Fa2。 已知：轴承径向载荷 Fr1、 Fr2、齿轮的轴向力 A 方向如图所示，大小分别为：Fr1=4000N、 Fr2=2000N， A=2000N。轴承内部轴向力 S=0.4Fr。（ 4 分） 解： S1=0.4Fr1 = 0.4x4000 = 1600(N) ，方向向左； （ 1 分） S2=0.4Fr2 = 0.4x2000 = 800(N) ，
19、方向向右； （ 1 分） S2+A = 800+2000 = 2800 (N) S1 = 1600 (N) （ 1分） 所以， Fa1 = S2+A = 2800 N （ 1分） Fa2 = S2 = 800 N 3） 若该对轴承的寿命为 5000 小时，现将当量动载荷加大一倍，将转速减小一半，试计算后确定该对轴承能否满足载荷及转速改变后寿命至少 1000 小时的工作要求？（ 4分） 标准答案： 结论：此轴承能够满足寿命至少 1000 小时要求。 3、在图示传动系统中，件 1 和 2 均为斜齿圆柱齿轮，件 3 为蜗杆，件 4 为蜗轮。已知齿轮 1 轮齿螺旋线方向为左旋，其转向如图所示，试回答下列问题： 1）齿轮 2的轮齿螺旋 线方向是 旋。（ 1 分） 2）在图中画出齿轮 1、齿轮 2在节点 A 所受的轴向力 1aF 和 2aF 的方向。（ 2分） 3）为使在轴上的齿轮 2 与蜗杆 3 的轴向力相互抵消一部分，蜗杆 3 的螺旋线方向应该是 旋，并在图中画出蜗杆的旋向；在节点 B 处画出蜗杆 3 所受的轴向力 3aF 、圆周分）（小时小时分分1)(1 0 0 0)(1 2 5 08/5 0 0 028/2)1()260()2(10)2()60()(103636hPThPThLnPfCfLnPfCfL
