考研机械设计-13

1、考研机械设计-13（总分：100.01 ,做题时间：90分钟）一、填空题（总题数：34,分数：50.00）.斜齿圆柱齿轮的动载荷系数 K v和相同尺寸精度的直齿圆柱齿轮相比较是1的。（分数：1.00）解析：较小.斜齿圆柱齿轮的齿数z与模数m n不变，若增大螺旋角 0 ,则分度圆直径d 1 o（分数：1.00）解析：增大.对于齿面硬度0 350HBW的齿轮传动，当两齿轮均采用 45钢，一般应采取的热处理方式为 1。（分数：1.50）解析：小齿轮调质，大齿轮正火.一对圆柱齿轮传动，当其他条件不变时，仅将齿轮传动所受的载荷增大为原载荷的4倍，其齿面接触应力将增大为原应力的1倍。（分数：1.50）解析

2、：2.直齿锥齿轮强度计算时，应以1为计算的依据。（分数：1.50）解析：齿宽中点处的当量直齿圆柱齿轮.设计齿轮传动时，若保持传动比i与齿数和z 2 =z 1 +z 2不变，而增大模数 m,则齿轮的弯曲强度 1 ,接触强度2。（分数：1.50）解析：提高；提高.钢制齿轮，由于渗碳淬火后热处理变形大，一般需经过 1加工，否则不能保证齿轮精度。（分数：1.50）解析：磨齿.对于高速齿轮或齿面经硬化处理的齿轮，进行齿顶修缘，可以 1。（分数：1.50）解析：减小啮入与啮出冲击，降低动载荷.对直齿锥齿轮进行接触强度计算时，可近似地按 1处的当量直齿圆柱齿轮来进行计算，而其当量齿数为z v = 2 o（分

3、数：1.50）解析：锥齿轮齿宽中点；z/cos S.减小齿轮动载荷的主要措施有：1 ;2。（分数：1.50）解析：提高齿轮制造精度，以减少齿轮的基节误差与齿形误差；进行齿廓与齿向修形.斜齿圆柱齿轮的齿形系数 丫 Fa与齿轮参数：1、2、3有关，而与4无关。（分数：1.50）解析：齿数z、变位系数x、螺旋角0 ;模数m.在齿轮传动设计中，影响齿面接触应力的主要几何参数是1和2 ；而影响极限接触应力 b Him的主要因素是3和4 o（分数：1.50）解析：分度圆直径d 1、齿宽b；齿轮材料的种类、热处理方式.当一对齿轮的材料、热处理、传动比及齿宽系数。d 一定时，由齿轮强度所决定的承载能力，仅与齿

4、轮的1或与一一有关。（分数：1.50）解析：分度圆直径d 1 ；中心距a.齿轮传动中接触强度计算的基本假定是1。（分数：1.50）解析：一对渐开线齿轮在节点啮合的情况，可近似认为以p 1、p 2为半径的两圆柱体接触.在齿轮传动的弯曲强度计算中的基本假定是将轮齿视为1。（分数：1.50）解析：悬臂梁.对大批量生产、尺寸较大（D50mm）形状复杂的齿轮，设计时应选择1毛坯。（分数：1.50）解析：铸造.一对减速齿轮传动，若保持两轮分度圆的直径不变，而减少齿数和增大模数时，其齿面接触应力将1。（分数：1.50）解析：保持不变.在齿轮传动时，大、小齿轮所受的接触应力是1的，而弯曲应力是2的。（分数：1

5、.50）解析：相等；不相等.圆柱齿轮设计时，齿宽系数 。d =b/d 1 , b愈宽，承载能力也愈 1 ,但使2现象严重。选择 。d的 原则是：两齿轮均为硬齿面时， 。d值取偏3值；精度高时，。d取偏4值；对称布置比悬臂布置取偏 5值。（分数：1.50）解析：大；载荷分布不均匀；小；大；大.一对齿轮传动，若两齿轮材料、热处理及许用应力均相同，而齿数不同，则齿数多的齿轮弯曲强度1 ;两齿轮的接触应力2。（分数：1.50）解析：高；相等21.当其他条件不变，作用于齿轮上的载荷增加1倍时，其弯曲应力增加1倍；接触应力增加2倍。（分数：1.50） 解析：1;22.正角度变位对一个齿轮接触强度的影响是使

6、接触应力 变厚，使弯曲应力3,弯曲强度4。1,接触强度2;对该齿轮弯曲强度的影响是轮齿（分数：1.50）解析：下降、提高；下降、提高.在直齿圆柱齿轮强度计算中，当齿面接触强度已足够，而齿根弯曲强度不足时，可采用下列措施：1; 2;3来提高弯曲强度。（分数：1.50）解析：中心距不变，增大模数，减小齿数；增大压力角；采用正变位.两对直齿圆柱齿轮，当材料、热处理完全相同，工作条件也相同（NN 0 ,其中N为应力循环次数；N o为应力循环基数）。在下述两方案中：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的轮齿弯曲疲劳强度大；方案与的接触疲劳强 度2。（分数：1.50）解析：；相等.直齿锥齿轮的当量齿数 z v = 1 ;标准模数和压力角按 2端选取；受力分析和强度计算以3直径为准。（分数：1.50）解析：z/cos S ;大；平均.已知直齿锥齿轮主动小齿轮所受各分力分别为：F t1 =1628N, F a1 =246N , F n =539N ,若忽略摩擦力，则 F t2 1 , F a2 2 , F r2 = 3 o（分数：1.50）解析：1628 N ; 539 N ; 246 N.齿轮设计中在选择齿轮的齿数z时，对闭式软齿面齿轮传动，一般

8、z 1选得1些；对开式齿轮传动，一般z 1选得2些。（分数：1.50）解析：多；少.设齿轮的齿数为z,螺旋角为0 ,分度圆锥角为S ,在选取齿形系数 丫 Fa时，标准直齿圆柱齿轮按 1 查取；标准斜齿圆柱齿轮按 2查取；直齿锥齿轮按 3查取（写出具体符号或表达式）。（分数：1.50）解析：z ； zv=z/cos 3 0 ； z v =z/cos S.材料、热处理及几何参数均相同的三种齿轮 （即直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿锥齿轮）传动中，承 载能力最高的是1传动；承载能力最低的是 2传动。（分数：1.50）解析：斜齿圆柱齿轮；直齿锥齿轮.在闭式软齿面齿轮传动中， 通常首先发生1破坏，故应按

9、2强度进行设计。但当齿面硬度350HBVWt, 则易出现3破坏，应按4强度进行设计。（分数：1.50）解析：齿面疲劳点蚀；接触疲劳；轮齿弯曲疲劳折断；弯曲疲劳.在斜齿圆柱齿轮设计中，应取1模数为标准值；而直齿锥齿轮设计中，应取 2模数为标准值。1.50 )解析：法面；大端.设计圆柱齿轮传动时，应取小齿轮的齿面硬度1=HBW i ;应取小齿轮的齿宽 b i = 2 o（分数：1.50）解析：HBW2 +（30 50）HBVV b 2 +（5 10）mm.在一般情况下，齿轮强度计算中，大、小齿轮的弯曲应力b fi与b F2是1的；许用弯曲应力b fpi与b FP2是2的。其原因是：3。（分数：1.

10、50）解析：不相等；不相等；大小齿轮的材料及热处理不同及工作循环次数不同.对齿轮材料的基本要求是：齿面1 ;齿芯2 ,以抵抗各种齿面失效和齿根折断。（分数：1.50）解析：较硬；较韧二、分析计算题（总题数：10,分数：50.00）.有两对材料、热处理方法、加工精度等级和齿宽均对应相等的直齿圆柱齿轮，已知：第一对齿轮m=4mmz 1 =20, z 2=40;第二对齿轮 m=3mm z 1 =40, z 2 =80。若不考虑重合度的影响，试计算其相同条件 下工作时，此两对齿轮接触应力的比值b h/ b H和弯曲应力的比值 a F / a F 0附参考公式:并已查得 Y Fa1 =2.81 , Y

11、Sa1 =1.55 , Y Fa2 =2.44 , F Sa2 =1.67 ;（分数：5.00） 正确答案：（）解析：解题要点：（1）从题中给出的数据，可知d 1 =mz 1 =4X 20mm=80mmd 1 =mz 1 =3X 40mm=120mm按参考公式，除分度圆直径d不同外，其他参数均相同，则有.一对材料及热处理条件相同的齿轮，一般说来大、小齿轮的齿根最大弯曲应力是否相等？许用弯曲应力是否相等？为什么？试以标准直齿圆柱齿轮为例来说明。I V-IH41提示：许用弯曲应力公式为 式中：b Flim为试验齿轮的弯曲疲劳极限；S Fmin为最小安全系数；Y ST为试验齿轮的应力修正系数；Y N

12、为寿命系数；Y x为尺寸系数。（分数：5.00） 正确答案：（）解析：解题要点：z 1，z 2 ,则齿形系数Y Fa12Y Fa2 ,应力修正系数 Y Sa12Y Sa2 ,所以齿（1） 一对相啮合齿轮，因一般根弯曲应力 b F1，b F2 ；（2）由提示给出公式 所以虽然题中给出CT FlimlF Flim2Y ST1 =Y ST2 =2,但 Y X1 =Y X2 =1,Y N1 卞 Y N2F1 W 6 F2如下图所示的二级斜齿圆柱齿轮减速器，已知：电动机功率P=3kVy转速n=970r/min ；高速级：mm =2mmz 1 =25 , z 2 =53, 0 1 =12 5019;低速级

13、： m n2 =3mm z 3 =22, z 4 =50; a 2 =110mm 试求（计算时 不考虑摩擦损失）：（分数：5.01 ）.为使轴口上的轴承所承受的轴向力较小，确定齿轮3、4的螺旋线方向（绘于图上）；（分数：1.67）正确答案：（）解析：解题要点：齿轮3、4的螺旋线的方向如下图解所示;.绘出齿轮3、4在啮合点处所受各力的方向；（分数：1.67）正确答案：（）解析：齿轮3、4在啮合点所受各分力F t3 F t4 F r3 F r4 F a3 F a4的方向如上图解所示;. 0 2取多大值，才能使轴口上所受轴向力相互抵消？（分数：1.67）正确答案：（）解析：若要求轴口上齿轮 2、3的

14、轴向力能相互抵消，则必须满足下式：ripwrirEFwnF a2 =F a3 ,即 F t2 tan 0 1 =F t3 tan 0 3 ,|由轴 口 的力矩平衡，得 |,则衿*，得即当0 3 =70 578”时，轴口上所受的轴向力才能相互抵消。如下图所示为两级斜齿圆柱齿轮减速器。已知：高速级齿轮参数为m n =2mrg 0 =13 , z 1 =20, z 2=60;PyESET低速级齿轮参数为|, B=12 , z 3 =20, z 4 =68;齿轮4为右旋；轴I的转向如图示，n 1 =960r/min ,传递功率P 1 =5kW,忽略摩擦损失。试求：（分数：5.00）.轴口、w的转向（标

15、于图上）；（分数：1.25）正确答案：（）解析：解题要点：轴口、W的转向已示于上图解中；.为使轴口的轴承所受的轴向力最小，确定各齿轮的螺旋线方向（标于图上）；（分数：1.25） 正确答案：（）解析：各齿轮螺旋线方向已示于上图解中，即 z 1为右旋；z 2、z 3为左旋;.齿轮2、3所受各分力的方向（标于图上）；（分数：1.25）正确答案：（）解析：齿轮2、3所受各力F r2 F t2 F a2及F r3 F t3 F a3已示于上图解中;.计算齿轮4所受各分力的大小。（分数：1.25） 正确答案：（）解析：轮4所受各力的大小传递转矩T i、T 3 :m=2mm故求 F t1 与 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轮4与轮3上所受的为作用力与反作用力，故F t4 =F t3 =4865N , F r4 =F r3 =1810N , F a4 =F a3 =1034N如下图所示为直齿锥齿轮一斜齿圆柱齿轮减速器，齿轮1主动，转向如图所示。锥齿轮的参数为:z 1 =20 , z 2 =40 ,小r =0.3 ;斜齿圆柱齿轮的参数为：m n =3mm z 3 =20 , z 4 =60。试求：（分数：5.00）.画出各轴的转

17、向；（分数：1.25）正确答案：（）解析：解题要点轴口、W的转向已示于上图解中；.为使轴口所受轴向力最小，画出齿轮3、4的螺旋线方向；（分数：1.25）正确答案：（）解析：齿轮3、4的螺旋线方向已示于上图解中，即 z 3为右螺旋，z 4为左螺旋;.画出轴口上齿轮2、3所受各力的方向：（分数：1.25）正确答案：（）解析：齿轮2、3所受各力F t2 F r2 F a2及F t3、F r3 F a3已示于图中；.若要求使轴口上的轴承几乎不承受轴向力，则齿轮3的螺旋角应取多大（忽略摩擦损失）？（分数：1.25） 正确答案：（）|F a2 | = |F a3 | 。按题设忽略摩擦损失，有解析：欲使轴口

18、上的轴承不承受轴向力，则要求tan S 1 =1/u=z 1 /z 2 =20/40=0.5所以 S =26 3354设轴 I 输入转矩为 T i , dm i =(1-0.5 。r )d 1 =(1- 0,5 X0.3)mz 1 =0.85 X2X20mm=34m改联立解方程式、，得故当0=16 4135时，轴口上的轴承可近似不受轴向力。设有一对标准直齿圆柱齿轮，已知齿轮的模数m=5mm大、小齿轮的参数分别为 z 2 =60 , z 1 =25;从线图查得齿形系数 YFa2=2.32 , YFa1 =2.72 ;应力修正系数 Ysa2=1.76 , Ysa1=1.58;许用弯曲应力 b FP

19、2 =300MPa b FP1 =320MPa；并且算得大齿轮的齿根弯曲应力b F2 =280MPa。试问：（分数：5,00）（1）,哪一个齿轮的弯曲疲劳强度高 ？（分数：2,50）正确答案：（）解析：解题要点由 因0.01343 0,01361 ,故小齿轮的弯曲疲劳强度高。（2）,两个齿轮的弯曲疲劳强度是否足够？（分数：2,50）正确答案：（）解析：又已知 b F2 =280MPa b fp2 =300MPa,故大齿轮的弯曲疲劳强度足够。而故小齿轮的弯曲疲劳强度足够。结论：两齿轮的弯曲疲劳强度均足够。有两对标准直齿圆柱齿轮传动.已知：齿轮对 1的z 1 =20 , z 2 =40 , m 1

20、 =4mm 齿宽b 1 =75mm；齿轮对2的,m 2 =2mm齿宽b 2 =70mm已知两对齿轮的材料、热处理硬度相同，齿轮的加工精度、齿面粗糙度均相同，工况也一样，按无限寿命计算并忽略Y Fa Y Sa的乘积及重合度的影响。试求:;（分数：2.50）（分数：5.00）（1）,按接触疲劳强度求该两对齿轮传递的转矩的比值正确答案：（）解析：解题要点：根据题意知，强度计算公式中Z H、Z E、Z及丫 Fa、Y Sa、Y 两对齿轮均对应相等，可略去不计。于是有：求接触强度时的T 1 /T 1即两对齿轮传递的转矩相等。（2）,按弯曲疲劳强度求该两对齿轮传递的转矩的比值提示：强度计算公式为（分数：2.

21、50）正确答案：（）解析：求弯曲强度时的 T i/T即第一对齿轮传递的转矩为第二对齿轮的2.143倍。如下图所示，某齿轮变速箱中有两对直齿圆柱齿轮传动，双联主动齿轮1、3分别可与从动齿轮2、4相啮合，齿数如图所示，各齿轮的材料、热处理硬度、模数m均相同，主动轮输入转矩 T i不变。试问：(分数：5.00).当两对齿轮接触齿宽相同时，哪一对齿轮的接触应力和弯曲应力大？为什么？(分数：2.50)正确答案：() 解析：解题要点 第一种解法：(a)由提示给出的接触应力公式及题中给出条件知，两齿轮的 Z H、Z E、K对应相等，且两对齿轮d 1 =d 4 =m 30。又 Z去不计，故有得b H1 =2 b H2 ,即第一对齿轮的接触应力大。(b)由提示给出弯曲应力公式及题中给出条件，略去 丫 Fa 丫 Sa 丫 2的影响，有要求弯曲疲劳强度相等，即得 b 34 d 3 =30d 1 ,又 d.当齿轮对1、2的接触齿宽b 12 =30mm而两对齿轮要求弯曲强度相等时，齿轮对