机械设计部分习题答案

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1、第四章齿轮传动4-2解：选择齿轮材料及热处理方法时应考虑：①轮齿表面要有足够的硬度以提高齿面抗点蚀和抗磨损的能力；②轮齿芯部要有足够的强度和韧性，以保证有足够的抗冲击能力和抗折断能力；③对软齿面，大小轮面要有一定的硬度差HBS1=HBS2+（20~50），以提高其抗胶合能力。同时还应考虑材料加工的工艺性和经济性等。常用材料：45钢，40Cr等各种钢材，其次是铸铁和铸钢，塑料齿轮的采用也增多。热处理方式：以调质，正火、表面淬火及低碳合金钢的渗碳淬火最常见。软硬齿面是以齿面硬度来分，当HBS≤350时为

2、软齿面传动，当HBS>350时为硬齿面传动。4-3解：设计齿轮时，齿数z，齿宽b应圆整为整数；中心距a应通过调整齿数，使其为整数（斜齿传动中要求为0或5的整数）；模数应取标准值（直齿中端面模数为标准模数，斜齿中法面模数为标准模数），d，da，df为啮合尺寸应精确到小数点后二位；b，d1，d2须精确到“秒”。4-9解：在齿轮强度计算中，齿数z1（小齿轮齿数）应大于最小齿数，以免发生根切现象；一般闭式软齿面z1取得多一些（z1=25~40），闭式硬齿面少一些（z1=20~25），开式传动更少（z1=17

3、~20）。因为d1=mz1，当d1不变时，z1↑，m↓，弯曲强度↓，但重合度e↑，传动平稳性↑，同时由于齿高降低，齿顶圆直径减小，滑动速度减小，有利于减小轮齿磨损，提高抗胶合能力，同时使加工工时减少，加工精度提高，故在满足弯曲强度的条件下，取较多的齿数和较小的模数为好。闭式软齿面传动按接触强度设计，其弯曲强度很富裕，故可取较多的齿数；闭式硬齿面及开式传动，应保证足够的弯曲强度，模数m是主要因素，故z1取得少一些，m取得大一些。齿宽系数fd=b/d1，fd↑（假设d1不变）则b↑，轮齿承载能力↑，但载

4、荷沿齿宽分布的不均匀性↑，故fd应按表9-10推荐的值选取。螺旋角b=8°~25°，螺旋角取得过小（b<8°）不能发挥斜齿轮传动平稳、承载能力高的优越性。但过大的螺旋角（b>25°）会产生较大的轴向力，从而对轴及轴承的设计提出较高的要求。4-12解：（1）一对标准直齿圆柱齿轮传动，当z、b、材料、硬度、传动功率及转速都不变时，增大模数，则可提高齿根弯曲疲劳强度，由于d1增大，齿面接触疲劳强度也相应提高。（2）当m下降，z1及z1增大，但传动比不变，d1也不变时，因m下降，其齿根弯曲疲劳强度下降，因d

5、1不变，齿面接触疲劳强度不变。4-13解：该传动方案最不合理的是，因为转速不同，承载情况不同，使得两对齿轮齿面接触强度和齿根弯曲强度是不等的。低速级齿轮传递的转矩在忽略效率的情况下，大约为第一级的2.5倍（i=z2/z1=50/20=2.5），而两对齿轮参数，材质表面硬度等完全相同，那么如果满足了第二级齿轮的强度，则低速级齿轮强度就不够，反之，如果低速级齿轮强度够了，则第二级齿轮传动就会过于富裕而尺寸太大，所以齿轮参数的确定是不合理。齿轮的参数z、m及齿宽b等对箱体内的高速级或低速级应有所不同，高级

6、速要求传动平稳，其传递的转矩小，故z1取多一些，齿宽系数fd取小一些，低速级传递转矩大，要求承载能力高，可取少一些的z1，使m大一些，齿宽系数fd也大一些。其次，齿轮相对轴承的布置也不合理。弯曲对轴产生的变形与扭矩对轴产生的变形产生叠加增加了载荷沿齿轮宽度的分布不均匀性，为缓和载荷在齿宽上的分布不均匀性，应使齿轮离远扭矩输入（输出）端4-27解：(1)低速级直齿圆柱齿轮传动1.选择材料查表小齿轮45钢调质，HBS3=217~255，大齿轮45钢正火，HBS4=162~217。计算时取HBS3=230

7、，HBS4=190。(HBS3~HBS4=230~190=40，合适)2.按齿面接触疲劳强度初步设计由式d3≥1)小齿轮传递的转矩N·m2)齿宽系数fd，由表知，软齿面、非对称布置，取fd=0.83)齿数比u，对减速传动，u=i=3.84)载荷系数K，初选K=2(直齿轮，非对称布置)5)确定许用接触应力[sH]由式a.接触疲劳极限应力sHlim由图9-34c查得sHlim3=580MPa，由图查得sHlim4=390MPa（按图中MQ查值）b.安全系数SH，由表查得，取SH=1c.寿命系数ZN，由式

8、计算应力循环次数N=60ant式中a=1，n2=970/4.8=202r/min，t=10´250´8´1=20000h查图得ZN3=1.1，ZN4=1.17（均按曲线1查得）故MPa故MPa6)计算小齿轮分度圆直径d3d3≥mm7)初步确定主要参数a.选取齿数，取z3=31z4=uz1=3.8´31=118b.计算模数mm取标准模数m=5mmc.计算分度圆直径d3=mz3=5´31=155mm>152.47mm(合适)d4=mz4=5´118=590mmd.计算中心