机械设计基础左斌课后部分参考答案

机械设计基础部分习题参考答案绪论1本课程研究的对象是机构和机器。2机械是机器与机构的总称。机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置。3.各种机器尽管有着不同的形式、构造和用途，然而都具有下列三个共同特征：①机器是人为的多种实体的组合；②各部分之间具有确定的相对运动；③能完成有效的机械功或变换机械能。机器是由一个或几个机构组成的，机构仅具有机器的前两个特征，它被用来传递运动或变换运动形式。若单纯从结构和运动的观点看，机器和机构并无区别，因此，通常把机器和机构统称为机械。4.在日常生活中镊子、钳子属于机构，汽车、自行车属于机器。任务1.1平面机构方案分析1.两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副。运动副的类型可按接触方式的不同分为低副和高副两大类。2图示机构简图。F=3X3-2X4=1F=3X3-2X4=1F=3X3-2X4=1F=3X3-2X4=13.计算图1-23平面机构的自由度。a）F=3X8-2X11=2b）F=3X5-2X7=1c）F=3X5-2X7=1d）F=3X5-2X6-2=1f）F=3X7-2X10=14.F=3X9-2X12=1=2需要两个原动件任务1.2平面机构方案分析1从动件的力F与该力作用点C的绝对速度之间所夹的锐角，称为压力角。

压力角的余角称为传动角。显然，愈大，愈小，则使从动杆运动的有效分力就愈小，有害分力就愈大，这对机构的传动不利。在连杆机构中，由于角不便于观察和测量，工程上常以角来衡量机构的传动性能。因为在机构运转时，其传动角是变化的，为了保证机构传动性能良好，设计时必须规定最小传动角的下限。2根据极限夹角公式求出K40=180（K-1）/(K+1)K=1.57K=t1/t2=10/t2t2=6.36s3a）40+110<70+90曲柄为机架双曲柄机构b）45+120<70+100曲柄为连架杆曲柄摇杆机构c）50+100>70+60双摇杆机构d）50+100<70+90曲柄为连杆双摇杆机构

4180+400<360+290最长杆为机架有曲柄存在最短杆为机架双曲柄机构最短杆为连杆双摇杆机构5.图示a)b)6.7(1)选取适当比例尺，根据已知条件，如图所示绘出连杆BC的两个位置，同时绘出轴线yy。(2)连接B1和B2点，C1和C2点，分别作出B1B2、C1C2两线段的垂直平分线。(3)两垂直平分线与yy轴线的交点即为固定铰链中心A和D的位置。(4)连接A和B1点、B2和D点、A和D点，即可测算出各杆长度为，，。9计算=36°并根据滑块行程H作出极位夹角。如图所示。任务2.11选择从动件运动规律时，应主要考虑哪些问题？答：选择从动件运动规律时，首先应考虑机械的工作过程对其提出的要求，同时又应使凸轮机构具有良好的动力特性。2按照从动件的形式凸轮可以分为哪几种？分别具有具有哪些特点？答：尖顶，适合高速轻载；滚子，耐磨性好；平底从动件，凸轮不能有凹的轮廓等。3何谓凸轮机构压力角？压力角的大小对凸轮机构的作用力和传动有何影响？答：凸轮的压力角为凸轮廓线上传力点B的法线与推杆（从动件）上点B的速度方向所夹的锐角。对于滚子从动件，滚子中心可视作B点。压力角α是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其它条件相同的情况下，α越大、则分母越小、P力将越大。当α增大到某一数值时，分母将减小为零，作用力P将增至无穷大，此时该凸轮机构将发生自锁现象。而这时的压力角我们称为临界压力角αc，为使凸轮机构工作可靠，受力情况良好，必须对压力角进行限制。最基本的要求是：α4用作图法求出下列各凸轮从图示位置转到B点接触时凸轮的转角ϕ(在图2-18上标出)。图2-18答案：略（提示：找到对用位置）5设计一尖顶对心直动从动件盘形凸轮机构。凸轮顺时针匀速转动，基圆半径r0=30mm，从动件的运动规律见下表。φ0~90180240运动规律等加速等减速上升停止等速下降停止答案：略，参照本任务中例题。6图3-35所示为尖顶直动从动件盘形凸轮机构的位移线图，但图中给出的位移线图尚不完全，试在图上补全各段曲线，并指出哪些位置有刚性冲击，哪些位置有柔性冲击。解：图1图2①②⑤⑥两点有柔性冲击；③④两点有刚性冲击；7已知一对心移动滚子从动件盘形凸轮机构的基圆半径r0=30mm，滚子半径任务2.21常用的间歇机构有哪些?各有何特点?解：常有的间歇运动机构有棘轮机构和槽轮机构。棘轮机构结构简单、制造方便、运动可靠，在各类机械中有较广泛的应用。槽轮机构构造简单，机械效率高，并且传动平稳，因此在自动机床转位机构、电影放映机卷片机构等自动机械中得到广泛的应用。2请举出应用上述这些间歇运动机构的实例。答：棘轮机构的应用实际案例有：起重设备棘轮制动器。槽轮机构的应用有电影放映机卷片机构、自动机床转位机构。任务3.1进给系统连接件的设计常见的螺纹是右旋，单线。单线螺纹螺旋升角较小，螺丝和螺母旋合形成的摩擦力较大，具有自锁能力。右旋螺纹比较多是因为右旋符合大多人用手习惯。普通螺栓连接时，被连接件上的通孔和螺杆间留有间隙，受横向载荷时，依据连接摩檫力来抵抗，故承受横向载荷能力较差。铰制孔用螺栓连接时，用螺栓杆抵抗横向载荷，适用于承受横向载荷或精确固定被连接件相对位置的场合。普通螺栓连接结构简单，装拆方便，适用于被连接件不太厚和两边都有足够装配空间的场合；而铰制孔用螺栓连接则适用于利用螺杆承受横向载荷或精确固定被连接件相对位置的场合。双头螺柱连接适用于被连接零件之一太厚，不便制成通孔，或材料比较软且需要经常拆装的场合。螺钉连接适用于被连接零件之一太厚而不需要经常拆装的场合。螺纹连接的防松的方法按其工作原理可分为摩擦防松、直接锁住和破坏螺纹副运动关系三种。摩擦防松可以使用双螺母，也可以加垫圈；直接锁住防松可使用开口销、槽形螺母、止动垫圈等方法；破坏螺纹副运动关系防松可采用点焊、胶合和冲点的方法。根据轴的直径d从键的标准中选取平键的宽度b和高度h，键长L根据轮毂长度确定(一般比轮毂长度短5~10mm)，并须符合标准中规定的长度系列。平键连接主要失效形式是键、轴和轮毂中强度较弱的工作表面被压溃(对静连接)或磨损(对动连接)。（1）选用圆头平键。根据轴直径选取平键尺寸，凸缘联轴器上平键尺寸为：b=20，h=12，L=100；圆柱齿轮上平键尺寸为：b=25，h=14，L=56。（2）凸缘联轴器材料为HT200，受轻微冲击时，许用挤压应力σp在50~60MPa范围内，平键强度σσ齿轮材料为45钢，受轻微冲击时，许用挤压应力σp在100~120MPa范围内，平键强度σσ花键由于多键传递载荷，所以它比平键连接的承载能力高，对中性和导向性好，对轴的强度削弱小。但花键的制造需要采用专用设备，故成本较高。按销的用途，可分为连接销、定位销和安全销三种。按销形状的不同，可分为圆柱销、圆锥销。连接销用于轴-毂连接，可传递不大的载荷，实现周向、轴向固定。定位销用于确定零件之间的相对位置，通常不承受载荷，数目一般为两枚。安全销用于安全装置中，作为过载剪断元件。圆柱销靠过盈配合固定在孔中，若经过多次装拆，其定位精度会降低，因此不宜经常拆装。圆锥销具有1:50的锥度，安装比圆柱销方便，多次装拆对定位精度的影响也较小，因此常用于需多次装拆的场合。任务3.2轴承的选择1滚动轴承一般由两个套圈（即内圈、外圈）、滚动体和保持架等基本元件组成。滚动体是不可省略的关键零件。球轴承的滚动体是球形，承载能力和承受冲击能力小。滚子轴承的滚动体形状有圆柱滚子、圆锥滚子、鼓形滚子和滚针等，承载能力和承受冲击能力大，但极限转速低。滚子轴承的特性：（1）有接触角（2）有游隙（3）一般允许有偏位角（4）极限转速较低。球轴承的特点：承载能力和承受冲击能力小。2解：60210/p6表示深沟轴承，宽度系列代号为0，直径系列代号为2，内径为50mm，公差等级为6级，游隙为0组。N2312表示圆柱滚子轴承，宽度系列代号为2，直径系列代号为3，内径为60mm，公差等级为0级，游隙为0组。70216/AC表示角接触球轴承，宽度系列代号为0，直径系列代号为2，内径为80mm，接触角=25°71311/C表示角接触球轴承，宽度系列代号为1，直径系列代号为3，内径为55mm，接触角=15°3S1、S2方向见图轴承1“压紧”，A1=FA+S2=3520N 轴承2“放松”，A2=S2=2720N 6解1.选择轴承类型，初选型号圆锥齿轮轴要求能调整轴向位置，同时因受有轴向载荷，故习惯上选用角接触向心轴承。由于轴承寿命计算过程中要用到X、Y、、e等参数，这些参数都要在选定轴承型号以后才能查得。因此，可参考轴设计已确定的轴颈直径大致范围，在几种轴承型号中预选，然后对几种方案同时进行寿命计算，在基本额定动载荷允许的前提下最后比较取定一种型号。在本例题中，参考mm，初选三种型号，并由手册中摘出有关参数如下表。下面以30206轴承为例进行计算。2.径向支反力(即轴承径向载荷)计算轴承2的径向载荷N轴承1的径向载荷(方向如图)N3.按寿命计算选择轴承型号(1)内部轴向力计算按表3-9公式计算轴承内部轴向力NN式中Y值可直接从机械设计手册中查得，30206轴承的Y=1.6。(2)确定轴承的轴向载荷由于N故轴承1“压紧”，轴承2“放松”，如图3-49所示。故NN图3-45轴承的轴向载荷计算(3)根据当量动载荷公式计算P值因故N又故N式中为冲击载荷系数，由表3-7取。(4)计算工作所需要的径向基本额定动载荷由式(3-1f)滚子轴承。由于两支承点取同一型号轴承，故按轴承2计算N30206轴承NN，故能保证预期额定寿命。4.方案比较将另外两种方案也分别进行计算，三种方案结果如表：从表列结果看，三种方案中，7206C不能保证所要求的预期寿命，其余两种都能保证，显然，30206轴承更经济合理。5.校核极限转速(从略)。任务4.11.轴按所受载荷的不同分为哪三种？常见的轴大多属于哪种？答：心轴、转轴和传动轴;转轴是机械中最常见的轴。2.轴设计的主要内容和主要步骤是什么？答：轴的设计包括两个主要内容：轴的结构设计和轴的强度计算。轴设计的主要步骤：1）选择轴的材料；2）估算轴的最小直径；3）轴的结构设计；4）轴的强度校核；5）必要时进行轴的刚度计算和振动稳定性计算。3.轴上零件最常见的轴向定位结构是什么？答：（1）轴肩与轴环定位（2）套筒定位（3）轴端挡圈（4）圆锥面定位（5）圆螺母定位（6）弹性挡圈定位。4.轴上零件周向定位方式有哪些？各适用于什么场合？答：轴上零件的周向定位常用平键联接、花键联接、销联接、过盈配合、成形联接、弹性环联接等实现周向固定。齿轮与轴通常采用过渡配合与键联接；滚动轴承的内圈与轴采用较紧的过渡配合；受力小或光轴上的零件可采用紧定螺钉固定；受力大且要求零件作轴向移动时采用花键联接。5.制造轴的材料由有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度，为什么？答：轴的材料主要有碳素钢和合金钢。若轴的刚度不够，不应采用高强度合金钢来提高轴的刚度。因合金钢在常温下的弹性模量与普通碳素钢基本相同。而轴的刚度的主要衡量指标是材料的弹性模量。6一台由电动机带动的离心水泵，功率为3kW，轴转速为960r/min，轴的材料为45钢。试按强度要求计算轴所需的最小直径。解：d7图示传动轴的材料为45钢调质，轴上装有四个带轮。主动轮C输入功率kW，三个从动轮分别输出功率为kW，kW，kW，轴的转速r/min。要求：(1)作出轴的扭矩图；(2)按扭转强度计算确定轴的直径；(3)若将图中C、D两轮位置互换，轴径应为多大。题7图答案:略8设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴。已知：电动机功率kW，转速r/min，r/min，大齿轮分度圆直径mm，齿宽mm，螺旋角，法向压力角。要求：(1)完成轴的全部结构设计；(2)根据弯扭合成强度条件，验算轴的强度。题8图解：略，请参照任务实施。任务4.21联轴器与离合器的功用是什么？二者有何区别？解：联轴器是用来联接两轴使其一同运转并传递运动和转矩的一种机械装置；离合器用于各种机械的主、从动轴之间的结合和分离，并传递运动和动力。联轴器连接两轴后一般不能分离，而离合器运转中就能使两轴随时分离和接合。2选择联轴器类型和尺寸的依据是什么？解：类型选择依据：被联接两轴的对中性、传递载荷的大小和特性、工作转速、安装尺寸的限制、工作环境等。尺寸选择依据：计算转矩Tc、轴的转速n、被联接轴的直径d。3常用离合器有哪些种类？试说明各自特点和应用场合。解：离合器的类型很多，常用的有牙嵌式和摩擦式两类。牙嵌离合器，它由两个端面带牙的半离合器组成。其中一个半离合器固定于主动轴上；另一个半离合器用导向平键（或花键）与从动轴联接，并可由操纵机构使其在轴上作轴向移动，以实现两半离合器的分离与接合。牙嵌离合器结构简单、外廓尺寸小，能传递较大的转矩，工作时无滑动，因此应用广泛。但它只适宜在两轴不回转或转速差很小时进行离合，否则会因撞击而断齿。摩擦离合器是通过主、从动件压紧后产生的摩擦力来传递运动和转矩的，其特点是运转中便于结合，过载打滑可以保护其他零件；结合平稳，冲击小，振动小。但在结合和分离过程中，摩擦盘间必然存在相对滑动，引起摩擦盘的发热和磨损，适用于高转速、低转矩的场合。4试选择一电动机输出轴用联轴器，已知电动机功率P=40kW，转速n=1440r/min，轴的直径d=45mm，载荷有中等冲击。试选择联轴器的型号。解：1）类型选择：为了隔离振动与冲击，选用弹性套柱销联轴器。2）确定计算转矩：公称转矩T由表4-7查得载荷系数K=1.9，故得计算转矩为：Tca3）型号选择：从GB/T4323—2017中查得TL7型弹性套柱销联轴器的公称扭矩为560N∙m，最大许用转速为3600r/min，轴径为43～48mm之间，故合用。4）标记：TL项目五任务5.11什么是有效拉力?什么是初拉力?他们之间有什么关系？答：为保证带传动正常工作，传动带必须以一定的张紧力紧套在带轮上。当传动带静止时，带两边承受相等的拉力，称为初拉力。带两边的拉力之差F称为带传动的有效拉力。2带传动中弹性滑动与打滑有何区别？影响打滑的因素有哪些？如何让避免打滑？答：弹性滑动是带传动不可避免的物理现象，由弹性带引起的。打滑是由于过载引起的，可以避免。传动比不准确的原因是由于带有弹性滑动，如改变带的材质可以解决。弹性滑动和打滑是两个截然不同的概念。打滑是指过载引起的全面滑动，是可以避免的。而弹性滑动是由于拉力差引起的，只要传递圆周力，就必然会发生弹性滑动，所以弹性滑动是不可以避免的。避免打滑的方法：控制工作载荷小于许用载荷。3带速为什么不宜过高或过低?答：带速过低，所需要的带的根数过多，会导致每根V带受力不均，带速过高会引起打滑。4带传动为什么需要张紧？张紧的方法由哪些？答：（1）v带工作一段时间后，就会由于塑性变形而松弛，有效拉力降低，为了保证带传动的正常工作，应定期张紧。（2）滑道式定期张紧、摆架式定期张紧、利用自身重量的自动张紧、调位式内张紧轮张紧等。5某V带传动传递的功率kW，带速m/s,紧边拉力是松边拉力的3倍，求该带传动的有效拉力及紧边拉力。解：由P=(Fe*v)/1000得出：Fe=Fe=F1=由(1)(2)(3)式解得：F16某机床上的V带传动用三相交流异步电动机驱动，电动机型号为Y160M-4，其额定功率为11kW，转速r/min，传动比，中心距mm，双班制工作，载荷平稳，从动带轮的孔径mm。试设计此普通V带传动。答：参考教材中任务实施。5.2链传动1链传动的主要工作特点。答：(1)平均传动比准确，没有弹性滑动；(2)可以在环境恶劣的条件下工作（突出优点）；(3)中心距大，传递动力远，结构较小，没有初拉力压轴力小；(4)瞬时传动比不准，工作中有冲击和噪声；(5)只限于平行轴之间的传动，不宜正反转工作。2链传动的主要失效形式有哪些？答：常见的链传动失效形式有：1）链板的疲劳断裂；2）滚子和套筒的疲劳点蚀；3）链条脱落；4）链条过载磨损；5）链轮齿面磨损。3链传动的张紧应该如何正确布置?答：张紧方法：（1）通过调整链轮中心距来张紧链轮；（2）拆除1~2个链节，缩短链长，使链张紧；（3）使用张紧轮张紧，当两链轮中心连线倾角大于60°时，应当设置张紧装置，张紧轮常设置在链条松边外侧或内侧。张紧最常用的方法是通过移动链轮的位置以增大两轮的中心距，当中心距不可调时，可设张紧装置张紧，常用张紧方法：（1）张紧轮张紧（2）托板张紧。4设置一输送装置用的链传动。已知链传动传递的功率P=7.5kw，主动链轮的转速n1=970r/min，从动链轮的转速为n2答：略，参考教材例5-1。任务6.1直齿圆柱齿轮结构设计1.直齿圆柱齿轮正确啮合的条件是什么？解:（1）两齿轮的模数必须相等，即m1=m2。（2）两齿轮分度圆上的压力角必须相等，即a1=a2。2.什么叫模数？模数大小对齿轮传动有什么影响？解:（1）齿距p除以圆周率π所得的商称为模数，用m表示。（2）齿数相等的齿轮，模数越大，齿轮尺寸就越大，轮齿的厚度也越大，承载能力越强，当齿数相同时，模数越小，分度圆直径越小，轮齿的厚度也越小，分度圆直径相等的齿轮,模数越大，承载能力也越强，当齿轮的分度圆直径相同时，模数越大，齿数越少，轮齿的厚度越大。3.齿轮传动的基本要求是什么？解:（1）传动平稳：要求瞬时传动比不变，尽量减小冲击、振动和噪声。（2）承载能力高：要求在尺寸小、重量轻的前提下，轮齿的强度高，耐磨性好，在预定的使用期限内不出现断齿等失效现象。4.齿轮传动与其他机械传动相比特点有哪些？试举出现代机械中应用齿轮传动的实例。解:齿轮传动的优点：传动比准确，传动效率高；结构紧凑，功率、尺寸和速度适用范围广等。缺点是：齿轮制造需专用机床和设备，成本较高；精度低时，振动和噪声较大；不宜用于轴间距离大的传动等。应用实例：机床主轴的变速箱，汽车的变速箱及转向用的齿轮传动，机械式手表的齿轮传动，机床分度机构的蜗杆传动，各种减速器的齿轮传动。5.齿轮传动常见的失效形式有哪些？分析各种失效形式常在何种情况下发生及原因？解：齿轮传动的失效可分为两类：轮齿折断和齿面失效。轮齿折断又分为过载折断和疲劳折断，过载折断主要发生于脆性材料，疲劳折断是因为载荷的多次重复作用，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时发生；齿面失效分为：齿面磨损、齿面胶合、齿面塑性变形。齿面磨损多发生在开式传动的齿轮，齿面点蚀是闭式软齿面传动的主要失效形式，齿面胶合多发生在高速重载传动中，低速重载传动中，由于齿面间的润滑油膜不易形成也可能产生胶合破坏。齿面塑性变形多发生在过载严重和启动频繁的传动中。6.软齿面（HBS≤350）的闭式齿轮和硬齿面（HBS＞350）的闭式齿轮的主要失效形式是什么？在设计上有何不同的特点？解：软齿面（HBS≤350）的闭式齿轮传动，因为齿面比较软，因此主要失效形式是：齿面疲劳点蚀，为了防止齿面疲劳点蚀，应按齿面接触疲劳强度设计，但是还有轮齿折断的可能性，因此，还要按齿根弯曲疲劳强度校核。硬齿面（HBS>350）的闭式齿轮传动，因为齿面比较硬，抗疲劳点蚀的能力比较强，所以主要失效形式为轮齿折断，为了防止轮齿折断，应按齿根弯曲疲劳强度设计；但是还有可能发生齿面疲劳点蚀，因此还应按齿面接触疲劳强度校核。7.选择齿轮材料时，应考虑哪些主要因素？对齿轮材料的性能要求怎样？解：考虑齿轮的失效主要发生在齿面和齿根，因此对齿轮材料的基本要求是：齿面有一定的硬度，以获得较高的抗点蚀、磨粒磨损、胶合和抗塑性流动的能力；轮齿芯部有足够的强度和韧性以获得足够的弯曲疲劳强度。此外，还应该考虑机械加工和热处理的工艺性，以及经济性要求。8.根据哪些因素来决定齿轮的结构形式？常见的齿轮结构形式有哪几种？它们分别应用于何种场合？解：根据齿轮直径的大小确定齿轮的结构形式。结构形式包括：齿轮轴，实心结构齿轮，腹板式结构齿轮，轮辐式结构齿轮，组合式结构齿轮。对于直径较小的钢制齿轮，当圆柱齿轮齿根圆到键槽底部的距离e<2mt（mt为端面模数），及锥齿轮按小端尺寸计算而得的e<1.6小时，可将齿轮和轴做成齿轮轴;当齿顶圆直径da≤160mm时，齿轮可做成的实心结构（在航空工业产品中也有做成腹板式结构的）；当齿顶圆直径da≤500mm时，齿轮可以是锻造的，也可以是铸造的，并采用腹板式结构或孔板结构；当顶圆直径400mm≤da≤1000mm时,齿轮常用铸铁或铸钢制成，并采用轮辐式结构。有时为了节约贵重金属，对于大尺寸的圆柱齿轮可采用组装结构，即齿圈采用贵重金属制造，齿芯可用铸铁或铸钢。9.标准直齿圆柱齿轮传动，在中心距和传动比一定的情况下，齿数和模数的不同选择方案各有何利弊？解：在中心距和传动比一定的情况下，即两齿轮的分度圆直径为定值，对于闭式软齿面传动，在传动尺寸不变并满足弯曲强度的前提下，可适当增加齿数,减小模数，则齿顶高，顶圆直径减小，省材、减小加工工时。另外重合度增加，传动平稳。对于开式传动，则应选择大模数，少齿数，以提高轮齿的抗弯能力。10.已知相互啮合的一对标准直齿圆柱齿轮，z1=20,z2=50，a=140mm，试计算这对齿轮的分度圆直径d、齿顶圆直径da、齿根圆直径df、齿顶高hf、齿高h、齿距p、齿厚s和槽宽e。解：某工人进行技术革新，找到两个标准直齿圆柱齿轮，测得小齿轮的齿顶圆直径为115mm；因大齿轮太大，只测出其齿高为11.25mm；两齿轮的齿数分别为21(小齿轮)和98(大齿轮)。试分析判断两齿轮是否能正确啮合。解：两齿轮均为标准直齿圆柱齿轮综合可得：两齿轮能正确啮合。12.有一闭式齿轮传动，满载工作几个月后，发现硬度为200—240HBS的齿轮工作表面上出现小的凹坑。试问：(1)这是什么现象？(2)如何判断该齿轮是否可以继续使用？(3)应采取什么措施？解：(1)此齿轮传动为闭式软齿面，易发生点蚀，在工作较短的时间内已开始产生齿面疲劳点蚀，但因“出现小的凹坑”，故属于早期点蚀。(2)若早期点蚀不再发展成破坏性点蚀，该齿轮仍可继续使用。(3)采用高粘度的润滑油或加极压添加剂，均可提高齿轮的抗疲劳点蚀的能力。13.如图6-56中的齿轮2、4和5的分度圆圆周力的方向：(1)当2和4为主动轮时；(2)当1和5为主动轮时；(3)当1轮为主动时，2轮的齿的弯曲应力和接触应力的变化性质；若2轮为主动轮时又如何？图6-56齿轮传动简图解：(1)当2和4为主动轮时，齿轮2、4和5的分度圆圆周力的方向如图所示；(2)当1和5为主动轮时，如图所示；(3)当1为主动轮时，1轮每转一周，2轮同侧齿面啮合一次，弯曲应力按对称循环变化，接触应力按脉动循环变化，当2轮为主动轮时，2轮每转一周，同侧齿面啮合两次，弯曲应力按脉动循环变化，接触应力也按脉动循环变化。图1图214.有一对标准直齿圆柱齿轮传动，m=2mm,z1=50,z2=200,b=75mm；若用另一对齿轮m=4mm,z1=25,z2=100,b=75mm代替之，当载荷及其他条件相同时，试问:（1）两对齿轮的接触强度是否相同？（2）两对齿轮的弯曲强度是否相同？解：（1）两对齿轮的接触强度比较：因为第一对齿轮的中心距为第二对齿轮的中心距为两对齿轮的中心距相等，因此两对齿轮的接触强度相同。（2）两对齿轮的弯曲强度比较：因为弯曲疲劳强度取决于模数，因为两对齿轮的模数不相等，因此弯曲疲劳强度不等。第一对齿轮的模数为2mm,第二对齿轮的模数为4mm,因此第二对齿轮的抗弯强度高。15.图6--57所示轮系中，五个齿轮的材料、热处理、几何参数均相同，2轮为主动。试分析说明：（1）哪个齿轮可能首先出现疲劳点蚀？（2）哪个齿轮可能首先出现疲劳断齿？图6--57五个齿轮传动示意图解：（1）2齿轮可能首先出现疲劳点蚀：因为2齿轮每转一周，同一个齿面接触两次，循环次数多；而齿轮3、4每转一周同一个齿面接触一次，循环次数少，不易出现疲劳点蚀。（2）3和4齿轮可能首先出现疲劳断齿：因为3和4齿轮每转一周，同一个齿的齿根受到的弯曲应力的应力变化性质为对称循环变应力（两个接触点分别受弯曲拉应力与弯曲压应力），；而2齿轮每转一周，同一个齿轮的齿根虽然也受两次弯曲，但是齿根受到的弯曲应力的应力变化性质为脉动循环变应力（因为两个接触点分别受弯曲拉应力），因此，所以3和4齿轮可能首先出现疲劳断齿。16.某传动装置采用一对闭式软齿面标准直齿圆柱齿轮，齿轮参数均z1=20,z2=54,m=4mm。加工时误将箱体孔距镗大为苏a’=150mm。齿轮尚未加工，应采取何种方法进行补救？新方案的齿轮强度能满足要求吗？解：标准直齿圆柱齿轮的中心可补救（1）将齿轮改为斜齿轮，使中心距为通过调整角，中心距达到150mm，用斜齿代替直齿，新方案不仅强度有所提高,而且传动性能也有所改善。（2）或者采用正变位齿轮，同样可使，而仍用直齿轮，选用合适的变位系数与值,同样可达到。此时，减少,接触疲劳强度可提高。任务6.2其他齿轮传动设计1.简述斜齿圆柱齿轮传动的特点。解:（1）传动平稳，承载能力强。（2）传动时产生轴向力。（3）不能用于滑移变速机构。2.简述蜗杆和蜗轮旋向的判定方法。解:蜗杆和蜗轮旋向的判定方法用右手定则:手心对着自己，四指顺着蜗杆或蜗轮轴线方向摆正，若齿向与右手拇指指向--致，则该蜗杆或蜗轮为右旋，反之则为左旋。3.直齿锥齿轮的模数以什么为标准？正确啮合的条件是什么？解：直齿锥齿轮的模数以大端端面模数为标准。正确啮合的条件是：两齿轮的大端模数相等，两齿轮的大端压力角相等。4.比较直齿和斜齿圆柱齿轮强度计算的不同点？解：直齿轮为端面曲率ρ1、ρ2,斜齿轮为齿廓啮合点的法向曲率半径ρn1、ρn2；斜齿轮接触线总长度随啮合位置不同而变化，其值同时受端面重合度εα纵向重合度与εβ的共同影响，可引入重合度系数Zε加以修正；接触线倾斜有利于提高接触疲劳强度，用螺旋角系数进行修正。5.说明锥齿轮强度计算方法以其齿宽中点处的当量圆柱齿轮为计算基础的原因及合理性？解：将锥齿轮齿宽中点处的背锥展成平面扇形，并取锥齿轮平均模数机mm和标准压力角α,将两扇形补足为完整的圆柱齿轮，该直齿圆柱齿轮即为齿宽中点处的当量齿轮，补齐后的齿数为当量齿数。直齿锥齿轮传动的强度与齿宽中点处的直齿圆柱齿轮等强度，计算可依据其齿宽中点的当量齿轮套用直齿圆柱齿轮的强度计算公式得到。这样是合理的，因为锥齿轮大端与小端的分度圆直径、模数不相等，因此接触与弯曲强度不等，采用齿轮中点处的分度圆直径及模数进行计算，即采用了平均的方法，是合理的。6.为什么斜齿圆柱齿轮传动的强度计算中要引入螺旋角系数和Yβ？它们分别对齿轮的接触强度和抗弯强度有何影响？解：斜齿圆柱齿轮齿是螺旋线，因而接触线倾斜，接触线长了，单位齿宽的载荷减小，弯曲应力和接触应力比直齿轮有所降低，接触强度和抗弯强度提高，引进螺旋角系数Yβ（或Zβ）对弯曲应力和接触应力加以修正。7.试述齿形系数YFa的物理意义，齿形系数与哪些因素有关？为什么YFa与模数无关？同一齿数的斜齿圆柱齿轮和锥齿轮的YFa值是否相同?解：齿形系数YFa的物理意义是：表示轮齿的几何形状对抗弯能力的影响系数，根据公式，齿形系数无量纲，又根据齿根弯曲应力的公式，齿形系数YFa越小，齿根受的弯曲应力就越小，因此抗弯强度越高。齿形系数YFa与齿数Z、变位系数X有关，(因为齿数z、变位系数X影响齿轮的形状)，与m无关；齿数相同的斜齿轮和锥齿轮的YFa不同，因为斜齿轮、锥齿轮的YFa应按当量齿数查出，而当量齿数和齿数的值是不同的。8.两级圆柱齿轮传动中，若一级为斜齿，另一级为直齿，试问斜齿圆柱齿轮应置于高速级还是低速级？为什么？若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动，锥齿轮应置于高速级还是低速级？为什么？解：（1）在两级圆柱齿轮传动中，斜齿轮应置于高速级，主要因为高速级的转速高，用斜齿圆柱齿轮传动工作平衡，在公差等级相同时，允许传动的圆周速度较高；在忽略摩擦阻力影响时，高速级小齿轮的转矩是低速级小齿轮转矩的1/i(i是高速级的传动比)，其轴向力小。（2）由锥齿轮和圆柱齿轮组成的两级传动中，锥齿轮一般应置于高速级，主要因为当传递功率一定时，低速级的转矩大，则齿轮的尺寸和模数也大，而锥齿轮的锥距R和模数m大时，则加工困难，或者加工成本大为提高。9.按加工工艺方法不同，圆柱蜗杆有哪些主要类型?各用什么代号表示?解:按加工工艺方不同圆柱蜗杆可分为:阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)，渐开线蜗杆(ZI蜗杆)，法向直席蜗杆(ZN蜗杆)，锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)。10.蜗杆传动具有哪些特点?它为什么要进行热平衡计算?热平衡计算不合要求时怎么办?解:蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声低和在一定条件下能自锁等优点而获得广泛的应用。但蜗杆传动在啮合平面间将产生很大的相对滑动，具有摩擦发热大，效率低等缺点。正是由于存在上述的缺点，故需要进行热平衡计算。当热平衡计算不合要求时，可采取如下措施:①在箱体外壁增加散热片以增大散热面积；②在蜗杆轴端设置风扇以增大散热系数;③若上述办法还不能满足散热要求，可在箱体油池中装设蛇形冷却管，或采用压力喷油循环润滑。11.已知与齿条啮合的齿轮转速n=100r/min,齿轮齿数z=20，模数m=3mm,求齿条的移动速度。解:12.分析题图6-86中的斜齿轮1和2上的圆周力Ft、径向力Fr和轴向力Fa的方向，1)当1轮为主动，齿的方向和转向如图中所示；2)1轮主动，齿向与图示相反；3)2轮主动，其他条件与1）相同；4)转向与图示相反，其他条件与1）相同。图6-86斜齿轮传动示意图解：答案1、答案2、答案3、答案4如图所示。答案1答案2答案3答案413.如图6-87所示一对斜齿圆柱齿轮传动，由强度设计得：mn=3mm，z1=25，z2=75，。已知：传递的功率P1=70kW，转速n1=750rpm。求从动轮所受各分力（忽略摩擦损失），并在图中示出各分力的方向。图6-87斜齿圆柱齿轮传动示意图解：14.如图6-88所示一对直齿锥齿轮传动。已知m=3mm,的z1=24,z2=48，b=25mm,I轴输入功率为P1=2kW,由n1=160r/min,试确定齿轮啮合处作用力的大小及方向(以分力的形式求解)。图6-88直齿锥齿轮传动传动示意图解：①求输入扭矩②求各分力大小齿轮的圆周力为小齿轮的径向力和大齿轮的轴向力为小齿轮的轴向力和大齿轮的径向力为③各分力的方向如图所示。15.电动机驱动的普通圆柱蜗杆传动，如图6-89所示，已知模数,蜗杆直径系数,蜗杆头数,蜗杆齿数,蜗轮输出转矩,蜗杆转速,蜗杆材料为45钢，齿面硬度>45HRC,蜗轮材料铸造锡青铜，试求:①蜗杆的旋向:②蜗轮的转向;③该传动的咽合效率和总效率;④作用在蜗杆、蜗轮上的力的作用点，大小和方向(用三个分力表示)在图中标出。图6-89普通圆柱蜗杆传动示意图解:①蜗杆的旋向应与蜗轮一致，为右旋，标在图上。②蜗轮转向如图所示，顺时针旋转。③蜗杆传动的啮合效率和总效率啮合效率传动总效率(取搅油效率,滚动轴承效率)④受力分析:受力点及三个分力的方向如图所示。由于为蜗轮输出转矩，则蜗杆转矩(或用代入也可)作用在蜗杆和蜗轮上的作用力的大小为任务6.3轮系分析与应用1.什么是轮系？轮系在实际应用中有哪些特点？解:由一系列相互啮合的齿轮所组成的传动系统称为轮系。特点有:①可获得很大的传动比。②可做较远距离的传动。③可以方便地实现变速要求。2.什么是惰轮？其有什么特点？解：不论该齿轮的齿数是多少，对总传动比都毫无影响，但却起到了改变齿轮副中从动轮(输出轮)回转方向的作用，这样的齿轮被称为惰轮。特点：轮系中的惰轮只改变从动轮的转向，而不改变主动轮与从动轮的传动比大小。3.如图6-110所示的轮系中，各齿轮均为标准齿轮，且齿轮1、3、4、6安装在同一轴上，已知Z1=Z2=Z4=Z5=20,试求传动比。图6-110轮系简图解：齿轮1，3，4，6安装在同一轴上且、、相啮合；、、相啮合4.如图6-111所示的轮系中，已知n=1440r/min,各齿轮的齿数分别为Z1=Z4=Z5=25，Z2=36,Z3=30，Z6=20，Z7=75.求:(1)轮系中哪一个齿轮是惰轮?(2)传动比为多少?(3)用箭头在图上标出各齿轮的回转方向。图6-111轮系简图解：（1）齿轮4是惰轮（2）（3）方向如下图所示。5.如图6-112所示的定轴轮系中，已知蜗杆1的旋向和转向，试用箭头在图上标出其他各轮的转向。若各轮齿数分别为Z1=2,Z2=40,Z3=20,Z4=Z8=35,Z5=Z7=25,Z6=50,试计算该轮系的传动比。图6-112轮系简图解：（1）（2）轮的转向如下图所示。6.如图6-113所示为一卷扬机的传动系统，末端为蜗杆传动。若各轮齿数分别为Z1=18,Z2=36,Z3=20,Z4=40,Z6=2,Z6=50，鼓轮直径D=200mm,n1=1000r/min。试求蜗轮的转速n6和重物G的移动速度v，并确定提升重物时n1的回转方向。图6-113轮系简图解：（1）（2）（3）重物提升时的回转方向为向下，如下图所示。7.如图6-114所示的定轴轮系中，已知各轮齿数和n1的转向。求:(1)在图中标出螺母的移动方向。(2)当n1=1r/min时,螺母的移动速度为多少?图6-114轮系简图解：（1）螺母的移动方向为向右。（2）任务7.1机械系统方案设计1机械总体方案设计的目的是寻求机械执行系统及传动系统的原理方案。首先，需要通过调查研究进行产品的规划设计，在产品规划设计中明确设计任务、确定设计需求。其次，通过这些设计条件进行机械功能原理方案设计，确定多种可行的机械传动方案，然后，进一