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