机械工程综合(6)-

主讲庞兴华机械工程综合

(6)第六章机构设计主要内容与基本要求重点与难点分析例题精选与解析练习题§6-1主要内容与基本要求主要内容：凸轮机构的组成、分类、特点及应用推杆的运动规律及特性凸轮廓线的设计凸轮机构基本尺寸的确定基本要求了解凸轮机构的运动规律及选择原则掌握推杆常用的运动规律的特点及选择试应考虑的问题能应用反转法对凸轮机构进行运动分析能根据运动的规律，应用反转法绘制各种从动件盘形凸轮轮廓曲线；了解轮廓线方程的建立过程，会进行盘形凸轮轮廓设计计算；掌握压力角与自锁的关系、机缘半径队压力角的影响以及滚子半径选择的原则能合理确定凸轮机构的基本尺寸§6-2重点与难点分析凸轮设计的基本方法反转法（相对运动原理）凸轮机构的运动分析方法反转法§6-2重点与难点分析重点内容：推杆常用的运动规律及选择原则凸轮机构运动分析凸轮轮廓曲线设计；了解轮廓线方程的建立过程，会进行盘形凸轮轮廓设计计算；压力角与机构基本尺寸的关系§6-2重点与难点分析载荷系数的主要影响因素及减小措施动载系数Kv——齿轮副本身啮合误差（基节误差、齿形误差、轮齿受载变形等）所引起啮入、啮出冲击和振动而产生内部附加动载荷影响系数提高制造精度，轮齿修形；增大轴及轴承刚度齿向载荷分布Kb——沿齿宽方向载荷不均匀影响系数提高支撑刚度；对称布置；合理选择齿宽系数yd；提高制造及案装精度齿间载荷分布Ka——同时啮合的各对齿轮齿间载荷分布不均匀影响系数§6-2重点与难点分析难点内容齿轮强度计算中主要参数的选择齿数的选择齿宽系数的选择螺旋角的选择变位系数的选择§6-2重点与难点分析四个公式：§6-3例题精选与解析例1.轮齿的弯曲疲劳裂纹首先发生在哪里，为什么？解题要点：弯曲强度计算中，轮齿为悬臂梁，齿根弯曲应力最大；齿根过渡圆角处应力集中变应力对拉应力敏感结论：疲劳裂纹首先发生在齿根受拉伸侧。例2.一闭式齿轮传动，满载工作几月后，发现硬度为200～240HBS的工作表面上出现小凹坑，试问：（1）这是什么现象？（2）如何判断该齿轮是否可继续使用？（3）应采取什么措施？解题要点：早期疲劳点蚀若不再发展则可继续使用再用高粘度润滑油/加极压添加剂于油中可提高抗疲劳点蚀能力§6-3例题精选与解析例3.一对齿轮传动，如何判断大小齿轮中那个齿面不易产生疲劳点蚀？那个轮齿不易产生疲劳折断？试简述理由。解题要点：大小齿轮材料与热处理硬度及循环次数N不等，通常sHP1>sHP2，而

sH1=sH2，故小齿轮不易产生疲劳点蚀；比较大小齿轮的sFP1/YFa1Ysa1与sFP2/YFa2Ysa2

，小则低大则高。再用高粘度润滑油/加极压添加剂于油中可提高抗疲劳点蚀能力§6-3例题精选与解析例4.已知齿轮减速器，试问：

（1）低速级齿轮螺旋线的方向如何选择才算合理？（2）低速级小齿轮螺旋线b2应取多大才能使II轴上轴向力互相抵消？解题要点：Z1=51mn=3IIIIIIIIIZ1=17mn=5B1=150n1§6-3例题精选与解析解题要点：II轴上齿轮均为左旋Fa1=Fa2b2=8.270Z1=51mn=3IIIIIIIIIZ1=17mn=5B1=150n1§6-3例题精选与解析例5.图示圆锥—斜齿圆柱齿轮减速器。齿轮1主动，转向如图，锥齿轮的参数为：模数m=2.5mm，z1=23，z2=69，a=200，齿宽系数jR=0.3；斜齿轮的参数为：模数mn=3mm，z3=25，z4=99，a=200。试：(1)标出各轴的转向；(2)为使Ⅱ轴所受轴向力较小，合理确定3、4轮的螺旋线方向；(3)画出齿轮2、3所受的各个分力。(4)为使Ⅱ轴上两轮的轴向力完全抵消，确定斜齿轮3的螺旋角β3（忽略摩擦损失）。§6-3例题精选与解析(1)各轮的转向如图;(2)3、4轮的螺旋线方向如图;(3)2、3轮分力如图。(4)确定斜齿轮3的螺旋角β3：若使Ⅱ轴不受轴向力，必须：|Fa2|=|Fa3|§6-3例题精选与解析例6.两级圆柱齿轮传动中，若有一级为斜齿，另一级为直齿，试问斜齿圆柱应放置于低速级还是高速级，为什么？若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动中，锥齿轮应放置于低速级还是高速级，为什么？解题要点：在二级圆柱齿轮传动中，斜齿轮传动放在高速级，直齿轮传动放在低速级。其原因有三点：1）斜齿轮传动工作平稳，在与直齿轮精度等级相同时允许更高的圆周速度，更适于高速。2）将工作平稳的传动放在高速级，对下级的影响较小。如将工作不很平稳的直齿轮传动放在高速级，则斜齿轮传动也不会平稳。3）斜齿轮传动有轴向力，放在高速级轴向力较小，因为高速级的转矩较小。由锥齿轮和斜齿轮组成的二级减速器，一般应将锥齿轮传动放在高速级。其原因是：低速级的转矩较大，齿轮的尺寸和模数较大。当锥齿轮的锥距R和模数m大时，加工困难，制造成本提高。§6-3例题精选与解析例7.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z1=20，z2=54，m=4mm。加工时误将箱体孔距镗大为a’=150mm。齿轮尚未加工，应采取何种方法补救？新方案齿轮强度是否满足要求？解题要点：方案1：将齿轮改为斜齿轮，中心距：a=m(z1+z2)/2cosb=4(20+54)/2cosb=a’=150b=9.3650方案2：采用正传动变位(x1+x2>0)，此时s’H减少，接触疲劳强度提高。§6-3例题精选与解析例8.一对标准直齿圆柱齿轮传动，当传动比i=2时，试问：（1）哪一个齿轮受的弯曲应力大，为什么？（2）若大小齿轮的材料、热处理均相同，小齿轮的应力循环次数N1=106<N0，则它们的弯曲应力是否相等，为什么？解题要点：因一般YFa1YSa1>YFa2YSa2，固sF1>sF2

。两齿轮硬度相同，弯曲疲劳极限sFlim1>=sFlim2因但由于循环次数N1>N2及齿轮的寿命系数YN1<YN2，且又由于应力修正系数YST1<YST2，固小齿轮的许用弯曲应力sFP1<sFP2

。§6-3例题精选与解析例9.试求一对啮合的大小齿轮对于弯曲疲劳强度为等强度的条件式，并求大小齿轮弯曲应力间的关系式。提示：弯曲疲劳强度计算公式为解题要点：比较式中后两项，得等强度条件式。比较式中前两项，得应力关系式。§6-3例题精选与解析例10一对直齿圆锥齿轮传动如图所示，齿轮1主动，n1=960r/min，转向如图，传递功率P=3kW，已知：m=4mm，z1=28，z2=48，b=30mm，jR=0.3，a

=20o，试求两轮所受三个分力的大小并在图中标出方向。§6-3例题精选与解析§6-3例题精选与解析例11.设计一对标准斜齿圆柱齿轮传动，传动比i=4.5，已经根据其接触疲劳强度和弯曲疲劳强度条件，确定中心距a=180mm，模数m=2.5mm，试合理确定齿轮齿数z1、z2和螺旋角β。要求：径向力β=12~15°，传动比误差小于5%。§2-3例题精选与解析§2-4复习与练习题一、选择题1．对于软齿面的闭式齿轮传动，其主要失效形式为________。A．轮齿疲劳折断 B．齿面磨损C．齿面疲劳点蚀 D．齿面胶合2．一般开式齿轮传动的主要失效形式是________。A．轮齿疲劳折断 B．齿面磨损C．齿面疲劳点蚀 D．齿面胶合3．高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式为________。A．轮齿疲劳折断 B．齿面磨损C．齿面疲劳点蚀 D．齿面胶合4．齿轮的齿面疲劳点蚀经常发生在________。A．靠近齿顶处 B．靠近齿根处C．节线附近的齿顶一侧 D．节线附近的齿根一侧5．一对45钢调质齿轮，过早的发生了齿面点蚀，更换时可用________的齿轮代替。A．40Cr调质 B．适当增大模数mC．45钢齿面高频淬火 D．铸钢ZG310-570§2-4复习与练习题6．设计一对软齿面减速齿轮传动，从等强度要求出发，选择硬度时应使________。A．大、小齿轮的硬度相等 B．小齿轮硬度高于大齿轮硬度C．大齿轮硬度高于小齿轮硬度 D．小齿轮用硬齿面，大齿轮用软齿面7．一对齿轮传动，小轮材为40Cr；大轮材料为45钢，则它们的接触应力________。A．sH1=

sH2 B.sH1＜sH2C．sH1＞sH2 D．sH1≤sH28．其他条件不变，将齿轮传动的载荷增为原来的4倍，其齿面接触应力________。A．不变 B．增为原应力的2倍C．增为原应力的4倍 D．增为原应力的16倍9．一对标准直齿圆柱齿轮，zl=21，z2=63，则这对齿轮的弯曲应力________。A.sF1＞

sF2 BsF1.＜sF2

CsF1=sF2 D.sF1≤sF210．对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般________。A．先按接触强度设计，再校核弯曲强度B．只需按接触强度设计C．先按弯曲强度设计，再校核接触强度 D．只需按弯曲强度设计。§2-4复习与练习题11．设计闭式软齿面直齿轮传动时，选择小齿轮齿数z1的原则是________。A．z1越多越好 B．z1越少越好C．z1≥17，不产生根切即可 D．在保证弯曲强度的前提下选多一些12．设计硬齿面齿轮传动，当直径一定，常取较少的齿数，较大的模数以________。A．提高轮齿的弯曲疲劳强度 B．提高齿面的接触疲劳强度C．减少加工切削量，提高生产率 D．提高轮齿抗塑性变形能力13.一对减速齿轮传动中，若保持分度圆直径d1不变，而减少齿数并增大模数，其齿面接触应力将________。A．增大 B．减小C．保持不变 D．略有减小14．设计齿轮传动时，若保持传动比i和齿数和zΣ=z1+z2不变，而增大模数m，则齿轮的________。A．弯曲强度提高，接触强度提高 B．弯曲强度不变，接触强度提高C．弯曲强度与接触强度均不变 D．弯曲强度提高，接触强度不变15．在下面的各种方法中，________不能提高齿轮传动的齿面接触疲劳强度。A．直径d不变而增大模数 B．改善材料C．增大齿宽b D．增大齿数以增大d§2-4复习与练习题16．在下面的各种方法中，_________不能增加齿轮轮齿的弯曲疲劳强度。A．直径不变增大模数 B．齿轮负变位C．由调质改为淬火 D．适当增加齿宽17．在圆柱齿轮传动中，轮齿的齿面接触疲劳强度主要取决于_________。A．模数 B．齿数C．中心距 D．压力角18.为提高齿轮传动的接触疲劳强度，可采取的方法是：________。A．采用闭式传动 B．增大传动的中心距C．模数不变，减少齿数 D．中心距不变，增大模数19．保持直齿圆柱齿轮传动的中心距不变，增大模数m，则________。A．轮齿的弯曲疲劳强度提高 B．齿面的接触强度提高C．弯曲与接触强度均可提高 D．弯曲与接触强度均不变20．圆柱齿轮传动的中心距不变，减小模数、增加齿数，可以________A．提高齿轮的弯曲强度 B．提高齿面的接触强度C．改善齿轮传动的平稳性 D．减少齿轮的塑性变形§2-4复习与练习题21．在计算标准直齿圆柱齿轮的弯曲强度时，齿形系数YFa取决于________。A．模数m B．齿数zC．分度圆直径d D．重合度22．轮齿弯曲强度计算中的齿形系数YFa与________无关。A．齿数z B．变位系数xC．模数m D．斜齿轮的螺旋角β23．现有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1：m1=3mm、z1=25，齿轮2：m2=4mm、z2=48，则它们的齿形系数________。A．YFa1＞YFa2 B．YFa1＜YFa2C．YFa1=YFa2 D．YFa1≤YFa224．设计一对闭式软齿面齿轮传动。在中心距a和传动比i不变的条件下，提高齿面接触疲劳强度最有效的方法是________。A．增大模数，相