石大远程在线考试《机械设计考试题》尾号279Word下载.docx
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结构应容易铸造或焊接，减少和防止铸造或焊接缺陷，便于加工装配和调试。
焊接结构应便于实现机械化、自动化焊接。
4）经济性：
要尽量减轻结构重量降低材料成本，减少能源消耗、加工工时和制造成本。
根据箱体、机架的不同用途，设计中对以上各项既要有所偏重，又要统筹兼顾，要重视其外观造型设计。
3、改错分析题（30分）
下图为一齿轮减速器部分装配图，试指出结构不合理及错误所在（不考虑圆角和铸造斜度以及不计重复错误），并用文字说明原因。
例如：
精加工面过长且拆装轴承不便。
（本题至少10处错误，每指出一处错误得3分）
1.安装轮毂的第一段轴应制有定位轴肩；
2.键槽过长安装上的键与轴承端盖干涉（相碰）；
3.轴承端盖的加工面与非加工面没有区分开；
4.在轴与轴承端盖孔之间缺少密封圈；
5.在轴与轴承端盖孔之间应留有间隙；
6.在轴承端盖与箱体轴承孔端面缺少调整垫片；
7.在轴与齿轮孔间缺少周向定位的键联接；
8.套筒顶不住齿轮（过定位）9.套筒过高，轴承无法拆卸；
10.轴承安装反了；
11.轴过长且与轴承端盖相碰。
4、计算题（50分）
试设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动。
已知，用电机驱动，传递功率10KW，小齿轮转速n=1000r/min，传动比i=4，单向运转，载荷平稳。
使用寿命10年。
提示：
材料、精度等级选取，齿数计算，齿面接触疲劳强度校核，齿根弯曲疲劳校核。
无需结构设计。
1选择齿轮精度等级。
输送机是一般工作机械，考虑次对齿轮的传递的功率不大，速度不高，故大小齿轮都选用8级精度。
要求齿轮面粗糙度Ra1.6~3.2um..
常用精度等级的齿轮的加工方法及其应用范围
齿轮的精度等级
6级（高精度）
7级（较高精度）
8级（普通）
9级（低精度）
加工方法
用范成法在精密机床上精磨或精制
用范成法在精密机床上精插或精滚，对淬火齿轮需要磨齿或研齿等
用范成法插或滚
用范成法或仿形法粗滚或型铣
齿面粗糙度Ra/um
0.80~1.60
1.60~3.2
3.2~6.3
6.3
用途
用于分度机构或高速重载的齿轮，如机床，精密仪器，汽车，船舶，飞机中的重要齿
用于高、中速重载齿轮，如机床，内燃机中的较重要齿轮，标准系列减速器的齿轮
一般机械中的齿轮，不属于分度系统的机床齿轮，飞机拖拉机中不重要的齿轮。
轻载传动的不重要齿轮或低速传动对精度要求低的齿轮
周速度V（m/s）
圆
柱
齿
轮
直齿
15
10
5
3
斜齿
25
17
3.5
锥
9
6
2.5
表1
2选材与热处理。
1）材料：
制造齿轮的材料主要是各种钢材，其次是铸铁，还有其它非金属材料；
齿轮材料选用的基本原则：
齿轮材料必须满足工作条件的要求，如强度、寿命、可靠性、经济性等；
a）钢材分锻钢和铸钢，只有尺寸较大（d>
400～600mm），结构形状复杂的齿轮宜用铸钢，一般都用锻钢制造齿轮。
软齿面齿轮经调制或正火处理后切齿，常用45，40Gr等，因此齿面硬度不高，易制造，成本低，故应用广，常用于对尺寸和重量无严格限制的场合。
为了使大小齿轮的寿命接近，应是小齿轮的齿面硬度比大齿轮的高出30～50HBS。
对于高速重载或重要的齿轮转动，可使用硬度齿面组合，齿面硬度可大致相同。
许多钢材经适当的热处理或表面处理，可以成为常用的齿轮材料；
b）铸铁，由于铸铁的抗耐冲击性能都比较差，因此主要用于制造低速不重复的开式传动，功率不大的齿轮，常用材料有HT250,HT300等，常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料；
。
c）非金属材料，对高速轻载而又要求低噪音的齿轮的齿轮传动，也可用非金属材料，加夹布胶木、尼龙等。
常用的齿轮材料，热处理方法、硬度、应用举例见表6—4，适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合。
2）热处理：
应考虑齿轮尺寸大小，毛坯成型方法及热处理和制造工艺；
钢制软齿面齿轮，其配对两轮齿面的硬度差应保持在30~50HBS或更多。
a）表面淬火
一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、40Cr等，表面淬火后轮齿变形小，不可磨齿，硬度可达52～56HRC，面硬芯软，能承受一定冲击载荷。
a）渗碳淬火
渗碳钢为含碳量0.15～0.25%的低碳钢和地碳合金钢，如20、20C等。
齿面硬度达到56～62HRC，齿面接触强度高，耐磨性好，齿芯韧性高，常用于受冲击载荷的重要传动。
通常渗碳淬火或要磨齿。
b）调质
调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45、45C、35SiMn等。
调质处理后齿面硬度为：
220～260HBS。
因为硬度不高，故可在热处理后精切齿形，且在使用中易于跑合。
c）正火
正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能。
机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理。
大直径的齿轮可用铸钢正火处理。
d）渗氮
渗氮是一种化学处理。
渗氮后齿面硬度可达60～62HBC。
氮化处理温度低，轮齿变形小，适用于难以磨齿的场合，如内齿轮。
特点及应用：
调质、正火处理后的硬度低，HBS350,属于软齿面，工艺简单，用于一般传动。
当大小齿轮都是软齿面时。
因小轮齿很薄，弯曲强度低，故在选材和热处理时，小轮比大轮硬度高20～50HBS。
表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高，属硬齿面。
其承载能力高，但一般需要磨齿。
常用于结构紧凑的场合。
所以为制造方便，才用软吃面，大小齿轮均用45钢，小齿轮调制处理，吃面硬度：
229～286HBS,大齿轮正火处理，吃面硬度：
169～217HBS。
3确定设计公式及校核公式
按齿面接触疲劳强度设计：
l防止齿面点蚀的强度条件为：
节点处的计算接触应力应该小于齿轮材料的许用接触应力。
即：
σH［σH］
l齿面最大的计算接触应力，可采用基本公式──赫兹应力计算公式，即:
在节点啮合时，接触应力较大，故以节点为接触应力计算点。
节点处的综合曲率半径为：
齿面接触疲劳强度的校核式：
齿面接触疲劳强度的设计式：
上述式中：
u─齿数比，u=z2/z1；
ZE─弹性影响系数；
ZH─区域系数；
4计算过程
1）载荷系数，按表2取K=1.3，
载荷系数K
原动机
工作机的载荷特性
均匀、轻微冲击
中等冲击
大冲击
电动机
1~1.2
1.2~1.6
1.6~1.8
多缸内燃机
1.9~2.1
单缸内燃机
1.8~2.0
2.2~2.4
表2
2）T1=9.55*106*P1/n1=9.55*106*15/1500=9.55*104N.m
3）接触疲劳许用应力[σH]=σHlim*Zn/SH
按齿面硬度中间值，如图查得σHlim1=600MPa,σHllim2=550MPa
按一年工作300天计算，应力循环次数
N1=60njlh=60*100*1*10*300*8=1.44*109
N2=N1/i=3.6*108
由下图得接触疲劳强度寿命系数YN1=1,N2=1.06
（N1>
N2.N0=109）
按一般可靠性要求，取SH=1，则
[σH1]=σ∂Hlim1*ZN1/SH=600*1/1=600MPa.
[σH2]=σHlim2*ZN2/SH=550*1.06/1=583MPa.
取[∂H]=583MPa
（4）计算小齿轮分度圆直径,查下表3，按齿轮相对轴承对称布置取
Ψd=1.09，ZH=2.5,
齿宽系数Ψd=b/d1
齿相对轴承位置
齿面硬度
350HBS
>
对称布置
0.8~1.4
0.4~0.9
非对称布置
0.6~1.2
0.3~0.6
悬臂布置
0.3~0.4
0.2~0.25
表3
查下表4得ZE=189.8
齿轮材料弹性系数：
ZE（）
大齿轮材小齿料
轮材料
钢
铸钢
铸铁
球墨铸铁
189.8
188.9
165.4
181.4
188.0
161.4
180.5
表4
将以上参数代入式
=
=64
取d1=64mm
（5）计算圆周速度
V=n1d1/60*1000=1000*3.14*64/（60*1000）=3.35m/s.
因V<
6m/s,故去8级精度合适。
4.5确定主要参数。
1）齿数Z对于软尺面的闭式传动，在满足弯曲疲劳的条件下，宜采用较多齿数，一般取Z1=20~40.对于硬齿面的闭式传动，首先应具有足够大的模数既保证齿根弯曲强度为减小传动尺寸，宜取较小齿数但要避免发生根切，一般取Z1=17~20。
故取Z1=20，Z2=Z1i=20*4=80
2）模数m.模数影响齿轮的抗弯曲强度，一般在满足齿轮弯曲疲劳强度条件下，宜取较小模数，以增大齿数，减小切齿量。
故m=d1/z1=64/20=3.2mm在下表5查的m=3mm
第一系列
…1.522.534568101216
2025324050
第二系列
…1.752.252.75（3.25）3.5（3.75）4.5
5.5（6.5）79（11）141822283645
表5
3）分度圆直径d1=Z1m=20*3=60mm
d2=Z2m=80*3=240mm
中心距a=（d1+d2）/2=（（60+240）/2=150mm
4）齿宽系数Ψd.齿宽系数是大齿轮齿宽b和小齿轮分度圆直径d1之比.增大齿宽系数，可将小齿轮传动装置的径向尺寸，降低齿轮的圆周速度。
常将小齿轮齿宽加大5~10mm，但涉及计算是按大齿轮齿宽计算。
b2=Ψdd1=1.09*60=65.4mm取b2=70mmb1=75mm
4.6校核弯曲疲劳强度。
1）齿形系数YFS,查下表6得：
根据z1、z2得YFS.
表准处齿轮的齿形系数YFa及应力修
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