1、 第 3 次作业 一、简答题（本大题共 60 分，共 15 小题，每小题 4 分） 1. 开式齿轮传动需进行哪些强度计算？ 2. 蜗杆传动有何特点？宜在何种情况下使用？ 3. 螺母材料选择与螺栓有何不同？为什么？ 4. 怎样选取蜗杆头数和涡轮齿数？ 5. 降低机器成本主要有哪些措施？ 6. 什么是计算载荷？载荷系数由几部分组成？ 7. 齿轮联轴器中的齿轮与一般齿轮传动中的齿轮有何异同？为什么？ 8. 如何选择圆柱齿轮的齿数？ 9. 试说明蜗杆传动的承载能力计算准则。 10. 软齿面和硬齿面的界线是如何划分的？设计中如 何选择软硬齿面？ 11. 标记： 6-28236 GB/T 1144-200
2、1 的含义是什么？ 12. 提高轴疲劳强度的措施有哪些？ 13. 链传动的极限功率曲线是在什么条件下得到的？在实际使用中要进行哪些项目的修正？ 14. 与滚动轴承比较，滑动轴承具有哪些优越性？ 15. 变位齿轮传动的强度计算有什么特点？变位能否提高齿轮的强度？ 二、分析计算题（本大题共 40 分，共 5 小题，每小题 8 分） 1. 如图所示展开式二级斜齿圆柱齿轮传动， I轴为输入轴，已知小齿轮 1的转向 n1和齿轮 1的轮齿旋向。为使中间轴 II 所受的轴向力可抵消一部分，试确定斜齿轮 2、 3、 4 的轮齿旋向，并在图上标出齿轮 2、 3 所受的圆周力 Ft2、Ft3，轴向力 Fa2、 F
3、a3和径向力 Fr2、 Fr3的方向。（垂直纸面的力，向纸内画 ，向纸外画 ） 2. 设有一 A型普通平键连接。已知：轴的直径 d=50mm，键宽 b=14mm，键高h=9mm，键的公称长度 L=90mm，键的许用切应力 =90MPa ，其许用挤压应力 p=100MPa。试问：该键连接所能传递的最大转矩是多少？ 3. 图示为某拉杆连接结构，拉杆端部采用的普通螺纹连接，螺纹直径为 M12（小径 d1=10.106mm），拉杆材料的强度级别为 4.6，拉杆受的最大载荷F=16kN，载荷很少变动，拉杆安全系数 S=1.5，试问该螺纹连接的强度是否足够？ 4. 图示为二级蜗杆传动，已知蜗杆 3 的旋向
4、为右旋， III 轴的转向如图所示，轴 I 为输入轴，要求 II 轴上的轴向力为最小。试分析： 1） I轴和 II 轴的转向； 2）蜗杆 1、蜗轮 2 和蜗轮 4的旋向； 3）蜗轮 2 和蜗杆 3所受各分力的方向。 5. 图示蜗杆传动，蜗杆为主动件。已知 m=2.5mm， d1=45mm，传动比 i=50，蜗轮齿数 z2=50。要求： 1）在图 上蜗杆与蜗轮啮合处画出作用力（ Ft1， Fr1， Fa1，Ft2， Fr2， Fa2）的方向； 2）在图上画出蜗轮 n2的转向和螺旋线的方向； 3）计算出蜗杆的导程角 、传动的中心距 a。 答案： 一、简答题（ 60 分，共 15 题，每小题 4 分
5、） 1. 参考答案： 开式齿轮传动的主要失效形式是磨损，按齿根弯曲强度计算，用降低需用应力或增大模数的方法，考虑磨损失效。 解题方案： 开式齿轮传动的强度计算进行分析。 评分标准： 2. 参考答案： 蜗杆传动可传递空间交错轴间的运动和动力，具有传动比大，结 构紧凑，传动平稳，噪声小等优点，但蜗杆传动效率低，传动过程中易发热，较易磨损。反行程时有自锁作用。蜗杆传动一般可用于要求自锁、尺寸小、传动比大，传递功率不大，间歇工作的场合。 解题方案： 说明蜗杆传动特点。 评分标准： 3. 参考答案： 螺母材料的强度级别宜较螺栓略低，为了减少磨损、避免胶合。如螺纹牙有损伤，伤在螺母，更换方便。此外还有缓和
6、螺纹牙间受力不均的作用。 解题方案： 从避免失效角度进行分析 评分标准： 4. 参考答案： 蜗杆头数少，易于得到大传动比，易自锁，但传动效率低，发热大，故重载传动 不宜用单头蜗杆。当蜗杆头数多，传动效率高，但制造困难。为保证传动平稳，蜗轮齿数应不少于 28，蜗轮越大，蜗杆越长，蜗杆刚度越小，所以蜗轮齿数最好不大于 80。 解题方案： 对蜗杆头数和涡轮齿数的选取方法分别进行介绍 评分标准： 5. 参考答案： 在保证机器必需的功能和可靠性条件下： 1）尽量采用简单的结构和机构，减少零件的数目和种类； 2）尽量采用标准件、廉价材料和廉价毛坯； 3）采用经济精度，尽量减少加工、装配和安装工时。 解题方
7、案： 从保证机器必需的功能和可靠性条件下对机器成本控制进行分析。 评分标准： 6. 参考答案： 由受力分析计算出的载荷是名义载荷。由于齿轮传动实际工作情况（使用条件）的不同，考虑到原动机和工作机械的特性，齿轮受制造误差、安装误差和弹性变形等因素的影响，在运转中齿轮将会产生附加载荷，而载荷在齿面上是不均布的，因此考虑上述因素的影响，而采用计算载荷等于名义载荷乘以载荷系数。 K 为载荷系数，包含使用系数 KA，动载系数 Kv，齿向载荷分布系数 K 和齿间分配系数 K 。 解题方案： 介绍为何引入计算载荷 评分标准： 7. 参考答案： 齿轮联轴器的齿轮与一般齿轮传动中的齿轮的相同点是：轮齿齿廓为渐开
8、线，压力角通常为 20 。不同点是：齿轮联轴器中内、外齿环上的轮齿齿数相等。为使两轴线允许相对偏移，外齿轮的齿顶制成球面，球面中心位于轴线上，并使齿间具有较大侧隙，这有利于提高联轴器传递转矩的能力。 解题方案： 对齿轮联轴器中的齿轮与一般齿轮传动中的齿轮的相同点和不同点分别进行介绍。 评分标准： 8. 参考答案： 为避免根切，齿数应大于最小齿数；两轮齿数最好互为质数，以防轮齿失效集中在某几个齿上。闭式齿轮传动在满足弯曲疲劳强度条件下，宜将齿 数选多些，这样可以增加重合度，提高传动平稳性；减小模数，减少金属切削量；降低滑动速度，减轻磨损，提高抗胶合能力。开式传动的齿数则不宜过多，以免传动尺寸过大
9、。 解题方案： 介绍圆柱齿轮的齿数选择方法 评分标准： 9. 参考答案： 一般情况下，蜗轮轮齿因弯曲疲劳强度不足而失效情况较少，只在蜗轮齿数大于 80 或开式传动时，才需要以保证齿根弯曲强度为主要设计准则。对闭式传动，通常是按齿面接触疲劳强度进行，然后进行齿根弯曲疲劳强度校核。对开式传动，一般只需按齿根弯曲疲劳强度进行设计。 解题方案： 介绍杆传动的承载能 力计算准则 评分标准： 10. 参考答案： 通常齿面硬度 350HBS 为软齿面， 350HBS 为硬齿面。对碳钢、合金钢进行正火、调质等热处理，可达到软齿面，若进行淬火、表面淬火、表面化学处理等，则可达到硬齿面。设计中选择软硬齿面要根据工
10、作要求和加工条件来定。在一般条件下（中速、中载），通常选择软齿面。对重要传动，要求尺寸紧凑，又有热处理和加工设备条件时，宜选择硬齿面。 解题方案： 对软齿面和硬齿面划分原则和选用方法进行分析。 评分标准： 11. 参考答案： 6-28236 表示矩形花键外径为 28mm，内径为 23mm，键宽 6mm，有 6 个齿。GB/T 1144-2001 为国标代号。 解题方案： 根据键的类型和尺寸进行回答 评分标准： 12. 参考答案： 提高轴疲劳强度的措施有：改善零件的结构，降低轴上的应力集中影响；选用疲劳强度高的材料和提高材料疲劳强度的热处理方法和强化工艺；提高轴的表面质量。 解题方案： 介绍提高
11、轴疲劳强度的措施。 评分标准： 13. 参考答案： 功率曲线是链传动在不同的小链轮转速下作实验，各种失效形式所限定的极限功率曲线。各型号单排链的功率曲线所包围的封闭区，是它所允许传递 的功率。若实际情况和实验条件不符时，需对极限功率作适当修正。实际使用中的修正系数有小链轮齿数系数、传动比系数、中心距系数和多排链系数等。 解题方案： 对功率曲线的确定方法进行介绍 评分标准： 14. 参考答案： 与滚动轴承比较，滑动轴承具有优越性： 1）高速、高精度、重载荷或冲击载荷的场合； 2）要求轴承径向尺寸小或剖分式结构时常应用滑动轴承。 解题方案： 介绍滑动轴承较滚动轴承具有的优越性 评分标准： 15.
12、参考答案： 在齿根弯曲疲劳强度计算中，因变位后齿形有变化，需按变位系数查取齿形系数和应力修正 系数。在一定齿数范围内，正变位后齿厚增加，尽管齿根圆角半径有所减小，但齿形系数和应力校正系数仍减小，故正变位可提高弯曲强度，负变位则降低弯曲强度。高变位可使两轮弯曲强度大致相等。在齿面接触疲劳强度计算中，高变位传动计算和标准齿轮传动完全相同，角变位时，区域系数计算式不同。正传动时，区域系数减小，从而提高了接触强度，负传动则降低了接触强度。 解题方案： 从齿根弯曲疲劳强度计算原理进行分析。 评分标准： 二、分析计算题（ 40分，共 5 题，每小题 8 分） 1. 参考答案： 解题方案： 评分标准： 2. 参考答案： 解题方案： 评分标准： 3. 参考答案： 解题方案： 评分标准： 4. 参考答案： 解题方案： 从对蜗杆传动的受力分析及蜗轮和蜗杆的转向进行分析。 评分标准： 5. 参考答案： 解题方案： 评分标准：
