机械设计复习

机械设计:齿轮传动:(四)问答题1．平行轴外啮合大、小斜齿轮的螺旋角方向是否相同？斜齿轮受力方向与哪些因2．开式齿轮传动应按何种强度条件进行计算？怎样考虑它的磨损失效？行计算？4．为什么轮齿弯曲疲劳裂纹常发生在齿根受拉伸侧？5．如图所示的轮系中，五个齿轮的材料、参数皆相同。当轮1主动时，问哪个齿轮1传递给轮2、2'的因对称循环的疲劳极限应力一为脉动循环时的70%。7．普通斜齿圆柱齿轮的螺旋角取值范围是多少？为什么人字齿轮和双斜齿轮的螺旋角可取较大值？锥-圆柱齿轮传动中，应将锥齿轮放在高速级还是低速级？为什么？10．某开式齿轮传动时发生轮齿折断，试提出可能的改进措施(要求提出5种)。答：(1)增大齿轮模数，同时减少齿数；(2)改善材料特性，热处理，提高心部的强度、屈服极限、疲劳极限。(3)正变为，增大齿根厚度。(4)bs1增大齿根过渡圆角半径、降低齿根表面粗糙度值，以减小应力集中。(5)提高加工精度，以减小动载荷系数K，齿向载荷系数K,齿间载荷分布系数K。v1212模数m=2mm。问：①接触应力有何变化？②接触强度有何变化？③弯曲应力有何答：(1)接触应力不变；(2)接触疲劳强度提高。(3)弯曲应力增大。12．一对闭式软齿面直齿轮传动，其齿数与模数有两种方案：a)z=20；z=60，2模数m=4mm；b)z=40；z=120，模数m=2mm，其他参数都一样。试问①两种方案的接触强度和弯曲强度是否相同？②若两种方案的弯曲强度都能满足，则哪种方案更好？13．齿面接触疲劳强度计算的计算点在何处？其计算的力学模型是什么？它针对答：齿面接触疲劳强度的计算点在节点处，这主要是基于点蚀多发生于轮齿节线附近靠齿根一侧。其力学模型是一对圆柱相接触，针对的失效形式为齿面接触疲劳失效，也称为点蚀。(五)受力分析题2．如图所示为三级展开式斜齿圆柱齿轮减速器传动布置方案，为了减小轮齿偏载，并使同一轴上的两齿轮产生的轴向力能相互部分抵消，请指出该如何变动传的布置方案。3．起重卷筒用标准直齿圆柱齿轮传动，如图所示，试画出：2)齿轮2)齿轮2、3所受各分力的方向。6．如图所示为二级减速器中齿轮的两种不同的布置方案，试问哪种方案较为合2)当变换小齿轮安装位置，使其在A、B、C各点啮合时，哪个位置使卷筒轴轴承受力最小？(画出必要的受力简图，并作定性分析)4．如图所示斜齿圆柱齿轮传动，齿轮1主动，在图中补上转向和螺旋线方向，并画出从动轮2其他分力。当转向或螺旋线方向改变时，从动轮2各分力的方向有5．如图所示为一两级斜齿圆柱齿轮减速器，动力由轴I输入，轴Ⅲ输出，齿轮4螺旋线方向及Ⅲ轴转向如图示，求：1)为使轴Ⅱ轴承所受轴向力最小，各齿轮的螺旋线方向。答：第二个方案较合理(b),因为此方案的齿轮布置形式使轴在转矩作用下产生的扭转变形能减弱轴在弯矩作用下产生的弯曲变形所引起的载荷沿齿宽分布不均蜗杆传动:各分力的大小及其对应关系如下:蜗杆切向力(圆周力)F蜗杆传动:各分力的大小及其对应关系如下:蜗杆切向力(圆周力)F和蜗轮轴向力Ft1a2蜗轮切向力(圆周力)F和蜗杆轴向力Fta1蜗轮径向力F和蜗杆径向力Frr1式中,T、T分别是蜗杆、蜗轮的转矩；d、d分别是蜗杆、蜗轮的分度圆直径；12a是蜗杆轴向压力角；负号“-”表示力的方向相反。2)切向力F。蜗轮主动时，对于蜗杆为阻力，在啮合点与其蜗杆转向相反；对于t蜗轮为驱动力，在啮合点与其蜗轮转向相同。3)径向力F。分别指向各自轴心。r4)轴向力Fa。在蜗轮蜗杆的切向力确定之后，由作用力与反作用力关系就能相应判断蜗轮蜗杆的轴向力方向。与斜齿圆柱齿轮传动一样，蜗杆传动也可以用左右手定则来确定主动轮(一般为蜗杆)轴向力的方向，即：当蜗杆主动时，右旋用右手握蜗杆，左旋用左手握蜗杆；四指弯曲(3)各分力方向的判断蜗杆传动中、蜗杆，蜗轮的切向力、径向力方向的判断与外啮合齿轮传动的轴向力F，在蜗杆和蜗轮的切向力F、F方向确定后。由作用力与反作用at1t2力关系，就能相应判断蜗轮、蜗杆的轴向力F、F方向。比如：已知蜗杆转向，可确定蜗杆切向力F方向，从而也可确定蜗轮的轴向力F方向。反之，也可由蜗ta2轮转向，确定蜗轮切向力F方向，从而确定蜗杆轴向力F方向。t2a1与斜齿圆柱齿轮传动一样，蜗杆传动也可以用“左、右手定则”来确定主动轮(一般为蜗杆)轴向力F。a需要强调的是：上述“左右手定则”仅适用于蜗杆主动时。加入蜗杆不是主是，它却仍能对主动件蜗轮的轴向力作出判断。于是，我们就可以总结出这样的1)“左、右手定则“无论对于斜齿圆柱齿轮传动或是蜗杆传动都是同样适用的。2)左右手定则只适用于主动件。有时虽然已知蜗杆主动，却不知道其具体转向，而只知道从动件蜗轮在工作中的转向，左右手定则也就不便直接应用，只好由其他方法作出判断。(4)蜗杆或蜗轮转向的判断在蜗杆传动的受力分析中，常常需要判断蜗杆或蜗轮的转向。对于零件未知转向的判断，往往需要全面掌握主从动件切向力方向判断，切向力与另一零件轴向力的关系，以及反映主动件转向，轮齿旋向和轴向力方向之间关系的“左右手6.圆柱蜗杆传动的强度计算蜗杆传动的强度计算，主要为蜗轮齿面的接触疲劳强度计算和蜗轮轮齿的弯关于蜗杆传动的强度计算，在不同教科书，公式的表述形式各不相同，一般只要求做到以下程度就可以了。并能够正确地应用公式。注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同。2)注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同，如：由于蜗杆传动效率较低，计算中已不能忽略其影响，故公式中转矩用蜗轮转矩T，而非蜗杆转矩T；21其次，由于强度计算只针对蜗轮进行，故许用应力、齿形系数等都应取蜗轮的数3)注意公式中单位统一4)蜗杆和蜗轮的结构蜗杆一般与轴作成一体；蜗轮结构形式多样，为降低成本，减少有色金属消耗，一般对采用组合式结构。典型例题蜗杆传动的常见题型和齿轮传动相似，有时也与齿轮传动综合起来考虑。包括概念类题型、主要参数及几何计算和设计计算题等。例1：以标准阿基米德蜗杆传动，已知模数m=8mm，蜗杆头数z=2，传动比i=20，1要求中心距a=200mm，试确定蜗杆和蜗轮的主要参数及几何尺寸。解：例2如图所示为斜齿轮-蜗杆减速器，小齿轮由电动机驱动，转向如图。已知：蜗轮右旋；电动机功率P=4kW，转速n=1450r/min,齿轮传动的传动比i=2;蜗杆传123动效率n=0.86，传动比i=18，蜗杆头数z=2，模数m=10233o3上所受轴向力部分抵消，确定各轮的旋向和回转方向。2.求蜗杆啮合点的各分力解：1)各轮的旋向回转方向以及蜗杆在啮合点的各分力方向如图所示所示。F与F方向相反。解题要点：1.根据蜗轮和蜗杆旋向相同规律可知，蜗轮右旋，蜗杆也右旋。2.要使中间轴上蜗杆和大齿轮的轴向力部分抵消，需要两个零件的轴向力相反。只有蜗杆和大齿轮的齿向相同时，由于两者转向相同，轮齿旋向相同，但一为推定小齿轮必为左旋。1轴向力F方向。再由蜗轮切向力F与蜗杆轴向力F方向相反，可确定蜗轮切at4a3向力F方向。进而由蜗轮从动，其切向力F为驱动力，可确定蜗轮转向、蜗t4t4t3力F方向(F方向在啮合点与蜗杆3转向相反)。t3t34.注意将各分力画在相应啮合点上。尤其要注意不要把轴向力直接画在零件的轴线上。此外，还应掌握正确地表达空间受力简图。毫米，卷筒直径D=200mm，齿轮传动的传动比i=2，蜗杆的模数m=5mm，直径系数1q=10，蜗杆传动的传动比i=50，蜗杆副的当量摩擦因数f=014，作用在手柄上2v.FN，能提升的重物为多重？当升起后松开手时，重物能否自行下落？齿轮传动功率损失和轴承损失不计。1与转动比和效率有关。轴承及齿轮传动的效率较高，可忽略其影响，故功率损失主要取决于蜗杆副的啮合效率。匀速提升过程中，蜗杆输出转矩为重物所产生的阻力矩。(一)填空1.蜗杆传动中，常见的失效形式有胶合、磨损和点蚀，通常先发生在蜗轮上。设计中。可通过选用减磨材料、耐磨材料、改善润滑条件等来减轻。2.蜗杆传动参数中，蜗杆分度圆直径和模数应取标准值；蜗杆头数和蜗轮齿数应取整数；蜗杆螺旋升角应取精确计算值。3.蜗杆常用材料为钢，蜗轮常用材料为铜合金；这样选取主要考虑配对材料应该具有一定强度和较好的抗胶合、抗磨损性能。4.单头蜗杆和多头蜗杆相比，其主要特点为：结构紧凑，容易实现反行程自5.为了降低成本同时具有较好的减磨性和耐磨性，蜗轮的结构形式多采用组合式，轮缘材料选用铜合金，轮毂材料选用铸铁。料。料(二)选择题nA、i=n1B、i=1n2C、i=d1dD、i=z1z2 2.通常蜗轮齿数不应少于。 A、17B、14C、27D、283.蜗杆传动的变位是。A、蜗杆变、蜗轮不变B、蜗杆不变、蜗轮变C、蜗杆变、蜗轮都变 4.蜗杆传动中的主剖面是指。 A、蜗轮的端面B、过蜗轮轴线，垂直蜗杆轴线的平面C、过蜗杆曲线，垂直蜗轮轴线的平面。5.阿基米德蜗杆传动在主剖面内的特点。A、相当于齿轮齿条啮合，易磨损B、相当于齿轮齿条啮合，易车削C、相当于两齿轮啮合，易铣削(三)问答题1.与齿轮传动相比，蜗杆传动的特点是什么？常用于什么场合？2.蜗杆传动可分为哪几种类型？有何特点？3.什么是蜗杆的直径系数？在何种条件下，它的取值可以不受限制？4.在蜗杆传动中选择蜗杆的头数和蜗轮齿数时如何考虑？5.蜗轮轮齿的弯曲强度与斜齿轮相比哪个高？6.为什么闭式蜗杆传动要进行热平衡计算？7.蜗杆的头数及导程角对传动的啮合效率有何影响？8.试证明具有反行程自锁性能的蜗杆传动的效率n<0.5(四)受力分析1)要求各轴上所受轴向力部分抵消，确定各轮的回转方向和各蜗杆、蜗轮的轮齿2)画出各轮的轴向分力的方向和蜗杆3在啮合点出的三个分力的方向。2.如图所示为由锥齿轮、斜齿轮和蜗杆传动组成的三级减速器，轴I由电动机驱动，转向如图所示2)在图中标出蜗杆转向n和蜗轮转向n。563)将蜗杆5所受各分力(Fr5、Fa5、Ft5)在啮合点处画出。(五)计算题1.用于分度机构的普通圆柱蜗杆传动，要求传动比为45，蜗轮分度圆直径约为110mm，试选配蜗杆传动的主要参数：蜗杆头数、蜗轮齿数、模数、蜗杆分度圆直径和蜗杆的导程角。2.一普通圆柱蜗杆传动，要求中心距a=160mm，传动比30，蜗轮用标准滚刀加工。试为其选配适合的参数z,z,m,d及y。121链传动:(一)填空1.链传动的主要类型有套筒滚子链，齿形链。 2.工作中，链节作着周期性速度的变化；从而给链传动带来速度不均匀性和 越大，工作平稳性越差。 z工作平稳性的主要方法。(二)选择题1.链传动的平均传动比为A。链传动的瞬时传动比为B。A、常数;B、非常数;2.链传动的链节数是A。A、偶数B、奇数C、质数 3.链轮齿数不宜过少，否则A。 A、运动的不均匀性更趋严重B、链条磨损后易脱落4.一般推荐链轮的最大齿数为z=120，这是从减少max BA、链传动的运动不均匀性B、链在磨损后容易引起拖链 5.通常张紧轮应装在靠近A上。 A、主动轮的松边;A、主动轮的紧边;C、从动轮的松边;D、从动轮的紧边;6.多排链的排数一般不超过A。 7.链传动最适宜的中心距为B。 A、20p~30p;B、30p~50p;C、50p~80p;8.与带传动相比，链传动工作中的压轴力B。A、较大B、较小C、大体相当 9.在同时包含链传动和带传动的机械系统中，应将B至于系统的高速级。 A、链传动B、带传动A、6B、9C、17D、80E、120F、150轴:例8-1指出图所示轴结构设计中存在的问题，并予以改正。解：结构设计中存在的主要问题：1)轴的两端一般应画出倒角。2)齿轮未作轴向和周向固定。3)右轴头用于固定半联轴器的轴端挡圈使用不当。4)轴与齿轮及右轴承的非工作配合面过长，致使轴上零件的装、拆不便。5)左轴承内座圈右侧的定位轴肩过高，致使轴承得不到合力拆卸。改进后的轴，其合理结构设计如上右图所示。m径为40mm。齿轮工作中所受各分力的大小分别为：F=5400N，F=2010N，trF400N。当轴线水平、左端外伸、啮合点在齿轮的上方时，则齿轮的圆周力Fat方向指向纸外、轴向力F指向右方。试依次画出轴的空间受力图及垂直面、水平a面受力图，并求解支反力。a2)垂直面受力图如图b，反力3)水平面受力图如图c，支反力F、F、F、F计算结果均为正值，表明其方向设定无误。AVBVAHBH(一)判断题1．重要或受力较大的轴，选用合金钢的理由是因为其对应力集中的敏感度低。2．轴的强度计算中，按许用切应力计算的方法适用于转轴的校核计算。3．当其余条件相同时，具有相同横截面面积的空心轴比实心轴的刚度大。4．可以用改变支点位置和改善轴的表面品质的方法来提高5．为了减小应力集中，在轴的直径变化处应尽可能采用较6．弹性挡圈的轴向固定方式，结构简单，适用于轴向力较(二)填空题1．工作中，既受弯矩又受转矩作用的轴，称为转轴；只受弯矩不受转矩作用的轴称为心轴。 等方法。 3．轴的圆柱面通常可采用车削、磨削加工方法获得，轴上的键槽通常则采用 铣削加工方法获得。4．采用当量弯矩法进行轴的强度计算时，公式M=M2+(aT)2中M是当量弯ee矩，a是根据转矩性质而定的应力校正系数。5．在轴的结构设计中，根据功能通常可将轴肩区分为定位轴肩和工艺轴肩。肩6．轴的毛坯一般采用圆钢或锻造，铸造毛坯的品质不易保证。7．同一轴上不同轴向位置有多个平键键槽时，键槽应布置在同一条母线上；0度布置。8．轴上零件的轴向固定可以采用轴肩、套筒等方法；周向固定可以采用 9．为了提高轴的疲劳强度，可以改善其表面品质，常用的方法有：降低表面粗 (三)选择题1．根据轴在工作中承载情况分类，车床主轴为A，自行车前轮轴为C。A．转轴B．传动轴C．心轴2．已知某减速器的输出轴，轴上传动件为斜齿轮，那么这个斜齿轮的轴向力将对轴产生B，切向力将对轴产生C。A．转矩B．弯矩C．转矩和弯矩3．轴的刚度不够时，可以采用B来提高轴的刚度。A．将碳素钢材料换成合金钢B．采用同质量的空心轴C．减小轴径(四)问答题1．轴按受载情况分类有哪些形式？自行车的中轴和后轮轴各属于何种轴？3．常见的零件在轴上轴向和周向固定的方法有哪些？4．轴的常用材料有哪些？为什么不能用合金钢代替碳素钢来提高轴的刚度？5．与滚动轴承和联轴器配合处的轴径应如何选取？6．当量弯矩计算公式中，系数a的含义是什么？如何确定？8．如所示为某传动系统的两种不同布置方案的比较。若传递功率和各传动件的尺寸参数等完全相同，则分别按强度条件计算其减速器主动轴的直径尺寸，其结9．轴的强度计算中，若轴上开有键槽，则在确定轴径尺寸时该如何考虑？10．从轴的结构工艺性考虑，同一轴上不同轴向位置的键槽，一般怎样设计比较性？滚动轴承:例1锥齿轮减速器主动轴采用一对30206圆锥滚子轴承如图,已知锥齿轮平均模mTR于1000C，要求使用寿命不低于12000h，试校验轴承是否合用。FFFF于1000C，要求使用寿命不低于12000h，试校验轴承是否合用。FFF2YFFrrr解：(1)计算滚动轴承上的径向载荷F、Fr1r2此题没有直接给出滚动轴承上的载荷，因此需通过轴系的受力分析求出轴承上的载荷。轴系的载荷是锥齿轮上的三个分力，求支反力时要分平面，且径向力与轴向力在一个平面里。1)锥齿轮平均半径1)锥齿轮平均半径rm2)水平面支反力，如下图所示。3)垂直面支反力1y80804)轴承上的径向载荷(2)计算轴承上的轴向载荷F、Faa2滚动轴承的配置为背对背，派生轴向力的方向如图所示。2)计算轴向载荷(3)计算轴承的当量动载荷P、Pr1r2FF628a1==0.58>e，a2==0.31<eF656F2.01103r1r2r2r1rr2(4)计算轴承的寿命L计算结果表明，所选轴承符合要求。有半联轴器。试指出图中的错误，并指出其正确结构图有半联轴器。试指出图中的错误，并指出其正确结构图。解该轴系存在的错误如图所示。(1)轴上定位零件的定位及固定图中1：安装蜗轮的轴头长度应小于轮毂宽度，以使蜗轮得到可靠的轴向定位。(2)装拆与调整图中2：轴承端盖与机体之间无调整垫片，无法调整轴承间隙。。图中4：与右轴承配合处的轴颈过长，轴缺少台阶，轴承拆装不方便。(3)转动件与静止件的关系图中6：联轴器为转动件，不能用端盖作轴向固定，应用轴肩定位。图中7：轴与右轴承盖(透盖)不应接触。(4)零件的结构工艺性轴器上的键槽与键之间应留有间隙。图中10：箱体端面的加工面积过大，应起轴承凸台。(5)润滑与密封置。图中12：轴承与蜗轮的润滑介质不同，应在轴承孔与箱体之间加密封装置。改正后的轴系结构图如右上图所示。习题 (一)选择题1．与滑动轴承相比，以下滚动轴承的优点中，___的观点有错误。A．内部间隙小，旋转精度高B．在轴颈尺寸相同时，滚动轴承宽度比滑动轴承小，可减小机器的轴向尺寸。C速2．滚动轴承套圈与滚动体常用材料为___。A．20CrB．40CrC．GCr15D．20CrMnTiA．塑料B．软钢C．铜合金D．合金钢淬火4．推力球轴承不适于高转速，这是因为高速时_____，从而使轴承寿命严重下降。A．冲击过大B．滚动体离心力过大C．滚动阻力大D．圆周线速度过大5．下列各类滚动轴承中，除主要承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷的是___。A．深沟球轴承B．角接触轴承C．圆柱滚子轴承D．圆锥滚子轴承6．______轴承能很好地承受径向载荷与单向轴向载荷的综合作用。A．深沟球轴承B．角接触轴承C．推力球轴承D．圆柱滚子轴承7．角接触轴承所能承受轴向载荷的能力取决于_____。A．轴承的宽度B．接触角的大小C．轴承精度D．滚动体的数目A．深沟球轴承B．圆锥滚子轴承C．推力球轴承D．圆柱滚子轴承A．深沟球轴承B．圆锥滚子轴承C．推力球轴承D．圆柱滚子轴承10．有一根只用来传递转矩的轴用三个支点支承在水泥基础上，它的三个支点的轴承应选用____。A．深沟球轴承B．调心滚子轴承C．圆锥滚子轴承D．圆柱滚子轴承11．中速旋转正常润滑的滚动轴承的主要失效形式是___。A．滚动体破碎B．滚道压坏C．滚道磨损D．滚动体与滚道产生疲劳点蚀12．作用在滚动轴承上的径向力在滚动体之间的分配是______。A．在所有滚动体上受力相等B．在一半滚动体上受力相等C．在某一确定数目的滚动体上受力相等D．受力不等，并且总有一个滚动体受力最大13．在同样载荷和同样的工作条件下运转的同一批生产的同型号的滚动轴承，它们的寿命一般___。A．相同B．不相同C．90%轴承相同D．10%轴承相同14．一批相同的滚动轴承，当量静载荷等于基本额定静载荷时，受力最大的滚动体与滚道之间接触应力达到标准规定值的概率为___%。A．10B．50C.90D．10015．___可以提高滚动轴承的极限转速。A．较小轴承间隙B．用滚子轴承取代球轴承C．改善润滑及冷却条件D．降低轴承精度16．当滚动轴承的疲劳寿命可靠度提高时，其额定静载荷___。A．增大B．减小C．不变D．不一定17．某深沟球轴承的当量动载荷增大一倍，其他条件不变，则寿命降低到原寿命A．1/2A．1/4C．1/8A．1/1618．直齿轮轴系由一对圆锥滚子轴承支承，轴承径向反力F>F，则轴承的轴向r2r1力__。力A．F>FB．F<FC．F=F=0D．F=F0aaaaaaa2a1Pt0经计算表明该轴承__。A．寿命满足要求，静强度不满足要求B．寿命不满足要求，静强度满足要求C．寿命和静强度都满足要求D．寿命和静强度都不满足要求20．同一根轴的两端支承，虽然承受载荷不等，但常采用一对相同型号的滚动轴承，这是因为除___以外的下述其余三点理由。A．采用同型号的一对轴承，采购方便B两轴承孔直径相同，加工方便D．一次镗孔能保证两轴承中心线的同轴度，有利于轴承正常工作21．滚动轴承在安装过程中应留有一定轴向间隙，目的是为了____。A．装配方便B．拆卸方便C．散热D．受热后轴可以自由伸长22．设计滚动轴承组合时，对支承跨距很长、温度变化很大的轴，考虑轴受热后有很大的伸长量，应______。A．将一支点上的轴承设计成可移动的B．采用内部间隙可调整的轴承(如圆锥滚子轴承，角接触轴承)C．轴颈与轴承内圈采用很松的配合D．轴系采用两端单项固定的结构23．滚动轴承与轴和外壳孔的配为____。A．内圈与轴为基孔制，外圈与孔为基轴制B．内圈与轴为基轴制，外圈与孔为基孔制C．都是基孔制D．都是基轴制A．推力球B．圆柱滚子C．角接触D．圆锥滚子25．滚动轴承轴向预紧措施主要用在____。A．精密机床主轴中B．高速旋状机械主轴中C．大型重载机械中D．冲击振动严重的机械中26．对滚动轴承进行密封，不能起到____的作用。A．防止外界灰尘、污物侵入B．防止外界水气侵入C．阻止轴承内润滑剂外流D．减轻运转噪声(二)问答题1．为什么现代机械设备中大多数采用滚动轴承而不是滑动轴承.3．滚动轴承的主要失效形式有哪些？其相应设计计算准则是什么？举出适用实4．试述滚动轴承的寿命与基本额定寿命的区别。某轴承实际使用寿命低于其计算的基本额定寿命，试解释其原因。5．何谓滚动轴承基本额定动载荷？何谓当量动载荷？它们有何区别？当量动载荷6．何谓滚动轴承基本额定静载荷？滚动轴承的静强度条件是什么？7．基本额定动载荷与基本额定静载荷本质上有何不同？8．深沟球轴承和角接触球轴