齿轮传动
例1 二级圆柱齿轮减速器，其中一级为直齿轮，另一级为斜齿轮。试问斜齿轮传动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组成减速器，锥齿轮传动应置于高速级还是低速级？为什么？
答：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。
例3 一对闭式直齿圆柱齿轮传动，已知：z 1= 25，z 2 = 75，m = 3 mm ，d φ= 1，小齿轮的转速 n =970 r/min 。主从动轮的][H σ 1 = 690 MPa ，][H σ 2 = 600 MPa ，载荷系数K = 1.6， 节点区域系数Z H = 2.5，材料弹性系数Z E = 189.8 MPa ，重合度系数εZ =0.9，是按接触疲
劳强度，求该齿轮传动传递的功率。
提示：接触疲劳强度校核公式为
][ )
1(2211H
H E H
u
bd u KT Z Z Z σ
σ
ε
≤+=
解：由已知条件：
u = z 2 / z 1 = 75/25 = 3
d 1 = m z 1 = 3×25 = 75 mm b =φd d 1 = 1×75 = 75 mm
因为大齿轮的许用接触应力较低，故按大齿轮计算承载能力：
)1(2][2
12
2
1+????
?
??=u K u bd Z Z Z T E H H ε
σ )13(6.12375759.08.1895.26002
2
+?????
??
?
????== 195182 Nmm = 195.182 Nm 齿轮传动所能传递的功率为： =??=
?=30
970
182.19530
1
1ππn T P 19826 W = 19.826 kW
例4图示双级斜齿圆柱齿轮减速器，高速级：mn=2 mm ，z 1=22，z 2 =95，?=20n α，
a =120，齿轮1为右旋；低速级：mn= 3 mm ，z 3 =25，z 4=79，?=20n α，a =160。主动轮转速n 1=960 r/min ，转向如图，传递功率P = 4 kW ，不计摩擦损失，试：
(1) 标出各轮的转向和齿轮2的螺旋线方向； (2) 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) 求出齿轮3所受3个分力的大小。
解题注意要点：
(1) 一对斜齿轮旋向相反,1轮右旋,2轮左旋。
(2) 为使3轮轴向力与2轮反向，3轮左旋、4轮右旋。 (3) 为求齿轮3的分力，先求螺旋角T 3和β3。 解：
(1) 各轮的转向和2轮的螺向如例7-8图2所示。 (2) 3轮为左旋、4轮为右旋，如图所示。 (3) 齿轮2、3 所受的各个分力如图所示。 (4) 求齿轮3所受分力：
3.22295
2296021112
123=?=
==
=z z n i n n n r/min 84.1713
.222495509550
3
23=?
===n P T T Nm
975.0160
2)
7925(32)
(cos 433=?+?=
+=
a z z m n β，β3 =12.8386°
923.76975
.025
3cos 3
333=?=
=
βz m d n mm
84.4467923
.7610
84.171223
3
33=??=
=
d T F t N
23.10188386.12tan 84.4467tan 33=??==βt a F F N
86.16678386.12cos /20tan 84.4467cos /tan 333=???==βαn t r F F N
例6 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 ，z 1=23，z 2 = 69，?=20α，齿宽系数R φ =0.3；斜齿轮的参数为：模数mn=3mm ，z 3=25，z 4=99，?=20n α。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）。 解：
(1) 各轮的转向如例7-9图2所示。 (2) 3、4轮的螺旋线方向如图所示。 (3) 齿轮 2、3 所受分力如图所示。 (4) 确定斜齿轮3的螺旋角β3： 若使Ⅱ轴不受轴向力，必须：|Fa 2|=|Fa
3|
例12-4 图1
例12-4 图2
例12-6 图1
根据： 222sin tan δαt a F F =
333tan βt a F F = 得到： =22sin tan δαt F 33tan βt F 即：
23
23sin tan tan δαβt t F F =
忽略摩擦损失：T 2 = T 3，Ft 2 = 2T 2/d m2 则：
2
33
3223
2/2/2m m t t d d d T d T F F ==
)5.01()5.01(222R R m mz d d φφ-=-=， 333cos /βz m d n =
?===--5651.71)23/69(tan
)/(tan
1
121
2z z δ
将上述4式代入前式得到
223
3sin tan )
5.01(sin δαφβ?-=
R n mz z m
?????-???=
5651.71sin 20tan )
3.05.01(695.225
3= 0.17662
?=1729.10β= 10°10′22″
例7 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 = 180 mm ，模数 m =2.5 mm ，试合理确定齿轮齿数z 1、z 2和螺旋角β。要求：径向力β= 12~15°，传动比误差小于5%。
解：根据 βcos 2/)(21z z m a n +=，初步确定螺旋角β= 12°，确定齿数和：
n m a z z z /cos 2)(21β=+=∑=??=5.2/12cos 1802140.8
则：
6.255.5/8.140)1/(1==+=∑u z z ， 取：z 1 = 26 2.1156.258.14012=-=-=∑z z z ， 取：z 2 = 115
传动比： i = z 2/ z 1 = 115/26 = 4.42
传动比误差：(4.5 – 4.42 ) / 4.5 = 1.7 % ＜ 3% ~ 5%，可用。 修正螺旋角β：
??
?
??+=a z z m n 2)( arccos 21β=
??
?
???+1802)115
26( 5.2 arccos = 7524117159.11'''?=?（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m
C ．45钢齿面高频淬火
D ．铸钢ZG310-570
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 ．1H σ=2H σ B. 1
H σ＜2H σ C ．1
H σ
＞2H σ
D ．1
H σ
≤2H σ
8．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，z 2 = 63，则这对齿轮的弯曲应力________。
A. 1F σ＞2
F σ B. 1F σ＜2F σ C. 1F σ =2
F σ
D. 1F σ≤2F σ 10．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。 11．设计闭式软齿面直齿轮传动时，选择小齿轮齿数z 1的原则是________。 A ．z 1 越多越好
B ．z 1 越少越好
C ．z 1 ≥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d 1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z Σ = z 1 + z 2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
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
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z
C．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x
C．模数m D．斜齿轮的螺旋角β
23．现有两个标准直齿圆柱齿轮，齿轮1：m1=3 mm、z1 =25，齿轮2：m2 = 4 mm、z2=48，则它们的齿形系数________。
A．YF a1 ＞YF a2 B．YF a1 ＜YF a2
C．YF a1 = YF a2 D．YF a1 ≤YF a2
24．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，相应减少齿数B．提高主、从动轮的齿面硬度
C．提高加工精度D．增大齿根圆角半径25．一对齿轮传动的接触强度已够，而弯曲强度不足，首先应考虑的改进措施是。
A．增大中心距B．使中心距不变，增大模数
C．使中心距不变，增加齿数D．模数不变，增加齿数
26．齿轮设计时，当随着选择齿数的增多而使直径增大时，若其他条件相同，则齿轮的弯曲承载能力________。
A ．成线性地减小。
B ．成线性地增加
C ．不成线性，但有所减小
D ．不成线性，但有所增加
27．计算一对直齿圆柱齿轮的弯曲疲劳强度时，若齿形系数、应力修正系数和许用应力均不相同，则应以_________为计算依据。
A ．][F σ较小者
B ．Sa Fa Y Y 较大者
C ．
Sa
Fa F
Y Y ]
[σ
较小者 C ．
Sa
Fa F
Y Y ]
[σ
较大者
28．在以下几种工况中，________ 齿轮传动的齿宽系数φd 可以取大些。 A ．对称布置 B ．不对称布置 C ．悬臂布置
D ．同轴式减速器布置 29．在下列措施中，________可以降低齿轮传动的齿面载荷分布系数βK A ．降低齿面粗糙度 B ．提高轴系刚度 C ．增加齿轮宽度
D ．增大端面重合度
30．对于齿面硬度≤350 HBS 的齿轮传动，若大、小齿轮均采用45钢，一般采取的热处理方式为________。
A ．小齿轮淬火，大齿轮调质
B ．小齿轮淬火，大齿轮正火
C ．小齿轮调质，大齿轮正火
D ．小齿轮正火，大齿轮调质
31．一对圆柱齿轮，常把小齿轮的宽度做得比大齿轮宽些，是为了________。 A ．使传动平稳
B ．提高传动效率
C ．提高小轮的接触强度和弯曲强度
D ．便于安装，保证接触线长
32．齿面硬度为56~62HRC 的合金钢齿轮的加工工艺过程为________。 A ．齿坯加工一淬火一磨齿一滚齿 B ．齿坯加工一淬火一滚齿一磨齿 C ．齿坯加工一滚齿一渗碳淬火一磨齿
D ．齿坯加工一滚齿一磨齿一淬火
33．锥齿轮的接触疲劳强度按当量圆柱齿轮的公式计算，当量齿轮的齿数、模数是锥齿
轮的_________。
A ．实际齿数，大端模数
B ．当量齿数，平均模数
C ．当量齿数，大端模数
D ．实际齿数，平均模数 34．锥齿轮的弯曲疲劳强度计算是按_________上齿形相同的当量圆柱齿轮进行的。 A ．大端分度圆锥
B ．大端背锥
C ．齿宽中点处分度圆锥
D ．齿宽中点处背锥 35．选择齿轮的精度等级时主要依据_________。
A ．传动功率
B ．载荷性质
C ．使用寿命
D ．圆周速度
（二）、填空题
36．一般开式齿轮传动的主要失效形式是_________和_________；闭式齿轮传动的主要失效形式是_________和_________；又闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是_________；闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是_________。
37．对于闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式为_________，一般是按_________强度进行设计，按_________强度进行校核，这时影响齿轮强度的最主要几何参数是_________；
38．对于开式齿轮传动，虽然主要失效形式是_________，但通常只按_________强度计算。这时影响齿轮强度的主要几何参数是_________。
39．在齿轮传动中，齿面疲劳点蚀是由于_________的反复作用而产生的，点蚀通常首先出现在_________。
40．齿轮设计中，对闭式软齿面传动，当直径d1一定，一般z1选得_________些；对闭式硬齿面传动，则取_________的齿数z1，以使_________增大，提高轮齿的弯曲疲劳强度；对开式齿轮传动，一般z1选得_________些。
41．设计圆柱齿轮传动时，当齿轮_________布置时，其齿宽系数φd可选得大些。
42．对软齿面（硬度≤350 HBS）齿轮传动，当两齿轮均采用45钢时，一般采用的热处理方式为：小齿轮_________，大齿轮_________。
43．减小齿轮内部动载荷的措施有_________、_________、_________。
44．斜齿圆柱齿轮的齿形系数YFa与齿轮的参数_________、_________ 和________有关；而与_________无关。
45．影响齿轮齿面接触应力σH的主要几何参数是________和________；而影响其极限接触应力σHlim的主要因素是_________和_________。
46．一对减速齿轮传动，若保持两轮分度圆的直径不变，减少齿数并增大模数，其齿面接触应力将_________。
47．一对齿轮传动，若两轮的材料、热处理方式及许用应力均相同，只是齿数不同，则齿数多的齿轮弯曲强度_________；两齿轮的接触疲劳强度_________。
48．一对直齿圆柱齿轮，齿面接触强度已足够，而齿根弯曲强度不足，可采用下列措施：_________，_________，_________来提高弯曲疲劳强度。
49．在材料、热处理及几何参数均相同的直齿圆柱、斜齿圆柱和直齿圆锥三种齿轮传动中，承载能力最高的是_________传动，承载能力最低的是_________传动。
50．齿轮传动的润滑方式主要根据齿轮的_________选择。闭式齿轮传动采用油浴润滑时的油量根据_________确定。
（三）、简答题
51．开式和闭式齿轮传动的失效形式有什么不同？设计准则各是什么？其设计准则针对的失效形式各是什？
52．齿轮的齿根弯曲疲劳裂纹发生在危险截面轮齿的那一边？为什么？为提高轮齿抗弯
曲疲劳折断的能力，可采取哪些措施？
53．齿面点蚀首先发生在什么部位？为什么？防止点蚀可采取哪些措施？ 54．齿轮传动设计中，为什么引入动载系数Kv ？减小动载荷的措施有哪些？ 55．一对齿轮传动，如何判断大、小齿轮中哪个齿面不易出现疲劳点蚀？哪个轮齿不易出现弯曲疲劳折断？理由如何？
56．在选择齿轮传动比时，为什么锥齿轮的传动比常比圆柱齿轮选得小些？为什么斜齿圆柱齿轮的传动比又可比直齿圆柱齿轮选得大些？
57．一对直齿圆柱齿轮传动中，大、小齿轮弯曲疲劳强度相等的条件是什么？接触疲劳强度相等的条件又是什么？
58．要设计一个由直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮组成的多级传动，它们之间的先后顺序应如何布置才合理？为什么？
59．设计圆柱齿轮传动时，常取小齿轮的齿宽b1大于大齿轮的齿宽b2，为什么？在强度计算公式中，齿宽b 应代入b1还是b2？
60．齿轮传动设计过程中，在确定小齿轮的齿数z 1和模数m 时，要考虑哪些因素？
（四）、分析计算题
62．题7-62图所示为二级直齿圆柱齿轮减速器，高速级与低速级的传动比相等 u 1 = u 2 = 3，低速级的齿宽系数为高速级的1.3倍，，齿轮材料均为45钢，小轮均调质处理，大轮均正火处理，其许用应力为：
1轮：1H ][σ= 590 N/mm 2
； 2轮：][H σ 2 = 490 N/mm 2；
3轮：][H σ3= 580 N/mm 2； 4轮：][H σ 4 = 480 N/mm 2；
两级齿轮的载荷系数K 、ZE 、ZH 、Z ε均相同，其中高速级已根据接触强度算得d 1 = 75mm ，若使两对齿轮等接触疲劳强度，问低速级小齿轮直径d 3应为多少？
附：][ ≤ )1+(2=2
11H
H E H u
bd u KT Z Z Z σ
σε
65．有两对标准直齿圆柱齿轮，其材料、热处理方式都相同，第A 对：mA = 2mm ，zA 1
= 50，zA 2 = 150；第B 对：mB = 4mm ，zB 1 = 25，zB 2 = 75；其齿宽b 、小轮转速n 1、传递功率P 也相等。按无限寿命考虑，试分析那对齿轮的接触强度高，那对齿轮的弯曲强度高。
（五）、综合分析题
66．某输送带由电机通过三级减速传动系统来驱动，减速装置有：二级斜齿圆柱齿轮传动、滚子链传动、V 带传动。试分析如题7-67图所示传动布置方案的不合理之处，简单说明错误原因，画出正确的传动方案布置图。
题7-62图
题7-66图
三、参考答案
1．选择题
1C；2B；3D；4D；5C；6B；
7A；8B；9C；10D；11D；12A；
13C；14A；15A；16B；17C；18B；
19A；20C；21B；22C；23A；24B；
25B；26D；27C；28A；29B；30C；
31C；32C；33B；34D；35D；
2．填空题
36齿面磨损轮齿折断齿面点蚀轮齿折断齿面点蚀轮齿折断37齿面点蚀接触疲劳弯曲疲劳直径（或中心距）
38齿面磨损弯曲疲劳模数
39接触应力节线附近齿根一侧
40大较少模数较少
41对称
42调质处理正火处理
43提高齿轮制造精度降低工作速度沿齿廓修形
44齿数螺旋角变位系数
45分度圆直径d齿宽b齿轮材料种类齿面硬度（热处理方式）
46不变
47高相等
48直径不变，增大模数减少齿数提高齿面硬度采用正变位
49斜齿圆柱齿轮直齿圆锥齿轮
50齿轮的圆周速度传递功率
3．简答题
（参考答案从略） 4．分析计算题 62 解题要点：
两对齿轮接触疲劳强度相等的条件为：接触强度的安全系数相等。可以写为
Ⅱ
ⅡⅠ
Ⅰ][=
][H
H H
H σ
σ
σ
σ
将两对齿轮的齿宽b 分别用1d d Ⅰφ、3d d Ⅱφ代替，等强度条件表达为：
][)
1+(2
=][)
1+(23
333
11Ⅱ
ⅡⅠⅠH
d H E H
d H E u
d u KT Z Z Z u
d u KT Z Z Z σ
φσ
φεε
将T 3 = uT 1，ⅠⅡd d φφ3.1=代入，约去两端的等量，得到：
Ⅱ
Ⅰ][][=
)
3.1/(/33
131
1H
H d uT d T σ
σ
取=][=][2H H σσⅠ490 N/mm 2
，=][=][4H H σσⅡ480 N/mm 2
，解得：
3
3
2
3
3
12
33.175********.1]
[][??
??
?
??=??
?
?
?
?=
ud d H H ⅡⅠ
σσ= 100.483 mm
65．答题要点：
依题意：两组齿轮中，每个齿轮的许用应力都相等，只需比较其接触应力和弯曲应力的大小来分析强度的高低。
1）比较接触强度
因两对齿轮的传动比以及齿宽相等，可以通过中心距（或齿轮直径）的大小比较两对齿轮的接触应力。
A 对齿轮：2002)
15050(22
)
(21=+?=+=A A A A z z m a mm
B 对齿轮：2002
)
7525(42
)
(21=+?=
+=
B B B B z z m a mm
两对齿轮的中心距相等，说明在相同的载荷下，接触应力一样。又因为两者许用接触应力一样，所以接触强度相等。
2）比较弯曲强度
在中心距和齿宽以及所受载荷相同的条件下，可以通过模数的大小比较两对齿轮的弯曲应力，A 对齿轮模数较小，弯曲应力较大，B 对齿轮模数较大，弯曲应力较小。所以，A 对齿轮弯曲强度较低，B 对齿轮弯曲强度较高。
66．答题要点：
1）V带传动比较适合高速传动，而不适合低速传动，应布置在高速级；
2）链传动不适合高速传动，而适合低速传动，应布置在低速级；
3）齿轮减速器的输入和输出端设计不合理，应在齿轮远离轴承的一侧输入、输出。
4）减速器中斜齿轮的旋向选择不合理，中间轴的两个齿轮的旋向应该相同，使其所受轴向力方向相反。
5）链传动的松紧边布置不合理。应紧边在上，松边在下。
题7-67 解图
齿轮传动 1、齿轮传动常见的失效形式有哪些？简要说明闭式硬齿面、闭式软齿面和开式齿轮传动的设计 准则。 【答】 齿轮传动常见的失效形式有以下几种：（1）轮齿折断；（2）齿面点蚀；（3）齿面磨损；（4）齿面胶合；（5）塑性变形。 闭式硬齿面的设计以保证齿根弯曲疲劳强度为主；闭式软齿面的设计通常以保证齿面接触疲劳强度为主；开式齿轮传动的设计目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。 2、简要分析说明齿轮轮齿修缘和做成鼓形齿的目的。 【答】 齿轮轮齿修缘是为了减小齿轮传动过程中由于各种原因引起的动载荷。做成鼓形是为了改善载荷沿接触线分布不均的程度。 3、软齿面齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿面硬度应比大齿轮的齿面硬度大30～50 HBS？ 【答】 金属制的软齿面齿轮配对的两轮齿中，小齿轮齿根强度较弱，且小齿轮的应力循环次数较多，当大小齿轮有较大硬度差时，较硬的小齿轮会对较软的大齿轮齿面产生冷作硬化的作用，可提高大齿轮的接触疲劳强度。所以要求小齿轮齿面硬度比大齿轮大30~50HBS。 4、齿轮传动设计时，为何小齿轮的齿宽应比大齿轮的齿宽大5～10 mm？ 【答】 将小齿轮的齿宽在圆整值的基础上人为地加宽5~10mm，以防止大小齿轮因装配误差产生轴向错位时导致啮合齿宽减小而增大轮齿的工作载荷。
5、试分析图示斜齿圆柱齿轮所受的力（用受力图表示出各力的作用位置和方向）。 【解】 题 5 图 6、设两级斜齿圆柱齿轮减速器的已知条件如图所示，问： 1） 低速级斜齿轮的螺旋线方向应如何选择才能使中间轴上两齿轮的轴向力方向相反； 2） 低速级螺旋角β应取多大数值才能使中间轴上两个轴向力互相抵消。 【解】 （1）由于中间轴上两齿轮分别为主动和从动轮，且旋转方向相同，因此为使轴向力方向相反，必须使齿轮3的螺旋方向与齿轮2的相同。齿轮2为左旋，故齿轮3必须左旋，齿轮4右旋。 （2）使中间轴上轮2和轮3的轴向力互相完全抵消，需要满足32a a F F =。 333222tan , tan ββt a t a F F F F == 因齿轮2和齿轮3传递的转矩相同 2 2 33 22 d F d F T t t ==，且 33332222cos /, cos /ββn n m z d m z d == 整理后可得 3 222332 33 22 3cos cos tan tan ββββn n t t m z m z d d F F = == 因此 1438.015sin 51 3175sin sin 22 2333=??= = ββn n m z m z "2'16827.83 ==β F t2 F r1 F r2 F r3 F r4 F t1 F t3 F t4 F a2 F a1 F a3 F a4
项目二减速传动装置传动方案及传动系统的分析与设计 任务二齿轮传动设计 习题 6.1．填空题 1.渐开线形状决定____的大小。 (1) 展角(2) 压力角(3) 基圆 2.斜齿轮的标准模数和压力角在____上。 (1) 端面(2) 法面(3) 轴面 3.渐开线齿轮传动的啮合角等于____圆上的压力角。 (1) 分度圆(2) 节圆(3) 基圆 4. 要实现两相交轴之间的传动，可采用。 (1) 圆柱直齿轮传动(2) 圆柱斜齿轮传动(3) 直齿锥齿轮传动 5.圆锥齿轮的标准参数在____面上。 (1) 法(2) 小端(3) 大端 6.一标准直齿圆柱齿轮的周节Pt=15.7mm,齿顶圆直径D０＝400mm,则该齿轮 的齿数为____。 (1) 82(2) 80 (3) 78 (4)76 7. 一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是。 (1) 齿面胶合(2) 齿面磨粒磨损(3) 轮齿折断(4) 齿面点蚀 8. 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是。 (1) 齿面塑性变形(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4) 轮齿折断 9. 一般参数的开式齿轮传动的主要失效形式是。 (1) 齿面塑性变形(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4)齿面磨粒磨损
10. 发生全齿折断而失效的齿轮，一般是。 (1) 斜齿圆柱齿轮(2) 齿宽较大、齿向受载不均的直齿圆柱齿轮 (3) 人字齿轮(4) 齿宽较小的直齿圆柱齿轮 11. 设计一般闭式齿轮传动时，计算接触疲劳强度是为了避免失效。 (1) 轮齿折断(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4) 磨粒磨损 12.目前设计开式齿轮传动时，一般按弯曲疲劳强度设计计算，用适当增大模数的办法 以考虑的影响。 (1) 齿面塑性变形(2) 齿面胶合(3) 齿面点蚀(4)磨粒磨损 13. 对齿轮轮齿材料性能的基本要求是。 (1) 齿面要硬，齿心要脆(2) 齿面要软，齿心要韧 (3) 齿面要硬，齿心要韧(4) 齿面要软，齿心要韧 14. 材料为20Cr 的齿轮要达到硬齿面，常用的热处理方法 是。 (1) 表面淬火(2) 调质(3) 整体淬火(4) 渗碳淬火 15. 设计一对材料相同的软齿面齿轮传动时，一般使小齿轮齿面硬度HBS1和大齿轮齿 面硬度HBS2的关系为。 (1) HBS1＞HBS2 (2) HBS1＜HBS2 (3) HBS1= HBS2 16. 对于一对材料相同的钢制软齿面齿轮传动，常用的热处理方法是。 (1) 小齿轮淬火，大齿轮调质(2) 小齿轮调质，大齿轮淬火 (3) 小齿轮正火，大齿轮调质(4) 小齿轮调质，大齿轮正火 17. 对于闭式软齿面齿轮传动，在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳
一、选择题 1. 一对渐开线齿轮，过两轮节圆所作公切线与两轮啮合点所作公法线之间所夹的锐角称为： ＿＿＿＿ Ａ. 压力角Ｂ. 传动角 Ｃ. 啮合角 D. 分度角 2. 其他条件不变，当中心距有误差时，渐开线齿轮的瞬时传动比：＿＿＿＿ Ａ. 改变不大Ｂ. 改变较大 Ｃ. 不变 D. 不一定 3. 一级传动且转向相反的是＿＿＿＿传动。 A. 链 B. 圆锥齿轮 C. 外啮合圆柱齿轮 D. 内啮合圆柱齿轮 4. 标准圆柱直齿轮的齿根高等于＿＿＿＿m。 A. 0.8 B. 1.1 C. D. 5. 下列哪种说法不正确＿＿＿＿ A. 一对渐开线齿轮中心距有误差时，不会改变瞬时传动比。 B. 同一条渐开线上各点的曲率半径是相等的 C. 模数相等的两渐开线齿轮不一定能配对使用 D. 基圆内无渐开线 6. 对于标准齿轮，在＿＿＿＿上的齿厚和齿槽宽相等。 A. 基圆 B. 分度圆 C. 根圆 D. 顶圆 7. 渐开线上任一点的＿＿＿＿必与＿＿＿＿相切。 A. 切线，基圆 B. 法线，分度圆 C. 切线，分度圆 D. 法线，基圆 8. 一对相互啮合的齿轮，应—＿＿＿＿分别相等。 A. 齿形角，模数 B. 模数，转速 C. 齿形角，转速 D.模数，角速度 9. 下面说法中正确的是＿＿＿＿。 A. 模数愈大，轮齿就愈大 B. 模数愈大，压力角就愈大 C. 模数愈大，基圆就愈大 D. 模数愈大，分度圆就愈大 10. 若基圆直径一定，则渐开线越接近于基圆，其曲率半径＿＿＿＿，而曲率＿＿＿＿。 A. 越大／越小 B. 越小／越大 C. 越大／越大 D. 越小／越小 11. 齿轮的标准模数和压力角是在＿＿＿＿上定义的。 A. 分度圆 B. 基圆 C. 节圆 D. 齿顶圆 12. 齿轮的标准压力角是指＿＿＿＿上的压力角。 A. 分度圆 B. 基圆 C. 齿根圆 D. 齿顶圆 13. 齿轮模数的单位是＿＿＿＿。 A. cm B. mm C. in D. μm 14. 我国标准齿轮的压力角是＿＿＿＿。 A. 15° B. 20° C. 25° D. 30°
例题10-3试设计一减速器中的直齿锥齿轮传动。已知输入功率P=10kw，小齿轮转速n1=960r/min，齿数比u=3.2，由电动机驱动，工作寿命15年（设每年工作300天），两班制，带式输送机工作平稳，转向不变。 [解]1.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 （1）选用标准直齿锥齿轮齿轮传动，压力角取为20°。 （2）齿轮精度和材料与例题10-1同。 （3）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=uz1=3.224=76.8，取z2=77。 2.按齿面接触疲劳强度设计 （1）由式（10-29）试算小齿轮分度圆直径，即 1) =1.3 计算小齿轮传递的转矩。 9.948 选取齿宽系数=0.3。 查得区域系数 查得材料的弹性影响系数。 [] 由图 由式（ ， 由图10-23查取接触疲劳寿命系数 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-14）得 取和中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即
2）试算小齿轮分度圆直径 (2) 1 3.630m/s ②当量齿轮的齿宽系数 0.342.832mm 2) ①由表查得使用系数 ②根据级精度（降低了一级精度） ④由表 由此，得到实际载荷系数 3)由式（10-12），可得按实际载荷系数算得的分度圆直径为 及相应的齿轮模数 3.按齿根弯曲疲劳强度设计 （1）由式（10-27）试算模数，即
1）确定公式中的各参数值。 ①试选 ②计算 由分锥角 由图 由图 由图查得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为 由图取弯曲疲劳寿命系数 ，由式（10-14）得 因为大齿轮的大于小齿轮，所以取 2)试算模数。 =1.840mm
习 题（答案） 1．选择题 1）一般开式齿轮传动的主要失效形式是 3 。 （1）齿面胶合 （2）齿面疲劳点蚀 （3）齿面磨损或轮齿疲劳折断 （4）轮齿塑性变形 2）高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是 1 。 （1）齿面胶合 （2）齿面疲劳点蚀 （3）齿面磨损 （4）轮齿疲劳折断 3）材料为45钢齿轮，经调质处理后其硬度值约为 2 。 （1）（45～50）HRC （2）（220～270）HBW （3）（160～180 ）HBW （4）（320～350）HBW 4）齿面硬度为（56～62）HRC 的合金钢齿轮的加工工艺过程为 3 。 （1）齿坯加工、淬火、磨齿、滚齿 （2）齿坯加工、淬火、滚齿、磨齿 （3）齿坯加工、滚齿、渗碳淬火、磨齿 （4）齿坯加工、滚齿、磨齿、淬火 5）齿轮传动中齿面的非扩展性点蚀一般出现在 2 。 （1）跑合阶段 （2）稳定性磨损阶段 （3）剧烈磨损阶段 （4）齿面磨料磨损阶段 6）对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般 4 。 （1）按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度 （2）按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 （3）只需按接触强度设计 （4）只需按弯曲强度设计 7）一对标准直齿圆柱齿轮，已知1z =18，2z =72，则这对齿轮的接触应力 3 。 （1）H2H1σσ> （2）H2H1σσ< （3）H2H1σσ= （4）H2H1σσ≤ 8）一对标准渐开线圆柱齿轮要正确啮合时，它们的 2 必须相等。 （1）直径 （2）模数 （3）齿宽 （4）齿数 9）设计闭式硬齿面齿轮传动时，若直径一定，则应取较少齿数，使模数增大以 2 。 （1）提高齿面接触强度 （2）提高齿根弯曲疲劳强度 （3）减少加工切削量，提高生产率 （4）提高抗塑性变形能力 10）在直齿圆柱齿轮设计中，若中心距保持不变，而把模数增大，则可以 2 。 （1）提高齿面接触强度 （2）提高轮齿的弯曲强度 （3）弯曲与接触强度均可提高 （4）弯曲与接触强度均不变 11）当 4 ，则齿根弯曲强度增大。 （1）模数不变，增多齿数 （2）模数不变，减小中心距 （3）模数不变，增大直径 （4）齿数不变，增大模数 12）轮齿弯曲强度计算中齿形系数与 3 无关。 （1）齿数 （2）变位系数 （3）模数 （4）斜齿轮的螺旋角 13）齿轮传动在以下几种工况中 3 的齿宽系数可取大些。 （1）悬臂布置 （2）不对称布置 （3）对称布置 （4）同轴式减速器布置
第15章齿轮传动(第三次作业) 1.齿轮传动的失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合和齿面磨损等。 2. Y fs是复合齿形系数，其值只与齿形有关，与模数无关。 3.在齿轮传动中，主动轮所受的切向力（圆周力）与其转向相反，而从动轮所受的切向力（圆周力）与其转向相同。 4.齿轮的结构型式有：齿轮轴，实心式，腹板式，轮辐式等。一般小齿轮的宽度与大齿轮相比要宽5mm左右，原因是保证齿轮在全齿宽啮合。 5.在强度计算时，齿宽系数是大齿轮的齿宽与小齿轮的分度圆直径之比，且按大齿轮的齿宽计算。 6.在齿轮传动中，大小齿轮互相对应的齿面点的接触应力是相等的，大小齿轮的齿根最大弯曲应力是不等的。 是指作用在小齿轮上的转矩。 7. 齿轮传动强度计算公式中的转矩T 1 8.模数m、齿数z与分度圆直径三者的关系式为d＝ mz 。当d一定时，模数m越大，齿数z就越少，轮齿就越大，因此轮齿的抗弯承载能力也越高。 9.对于齿面硬度≤350HBS的齿轮传动，当采用同样钢材来制造时，一般为 C 处理。 A.小齿轮淬火，大齿轮调质 B.小齿轮淬火，大齿轮正火 C.小齿轮调质，大齿轮正火 D.小齿轮正火，大齿轮调质 10. 对于齿面硬度≤350HBS的闭式齿轮传动，设计时一般 A 。 A.先按接触疲劳强度计算 B.先按弯曲疲劳强度计算 C.先按磨损条件计算 D.先按胶合条件计算 11. 齿轮传动中，轮齿的齿面疲劳点蚀损坏，通常首先发生在 D 。 A.靠近齿顶处 B.靠近齿根处 C.靠近节线的齿顶部分 D.靠近节线的齿根部分 12. 开式齿轮传动主要失效形式是 C 。 A.轮齿折断 B.齿面点蚀 C.齿面磨损 D.齿面胶合 13.当齿轮的齿面硬度>350HBS且齿心强度较低时，常按 A 进行设计。 A.齿根弯曲疲劳强度 B.齿面接触疲劳强度 C.齿面接触静强度 D.齿根弯曲静强度 14. 圆柱齿轮传动中，当齿轮材料、齿宽和齿数相同时， A 越大，弯曲强度越高。 A.模数 B.材料弹性模量 C.齿高 D.弯曲疲劳次数 15. 若齿轮传动的传动比、中心距及齿宽不变，增加两轮的齿数和，则轮齿弯曲强度 C ，接触强度 B 。 A.提高 B.不变 C.降低 D.先提高后降低，有一极大值 16. 以下哪种做法不能提高轮齿接触承载能力 A 。
齿轮传动 一、选择题 7-1．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 7-2．一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 7-3．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 7-4．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 7-5．一对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m C ．45钢齿面高频淬火 D ．铸钢ZG310-570 7-6．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 7-7．一对齿轮传动，小轮材为40Cr ；大轮材料为45钢，则它们的接触应力________。 A ．1H σ=2H σ B. 1H σ＜2H σ C ．1H σ＞2H σ D ．1H σ≤2H σ 7-8．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 7-9．一对标准直齿圆柱齿轮，z l = 21，z 2 = 63，则这对齿轮的弯曲应力________。 A. 1F σ＞2F σ B. 1F σ＜2F σ C. 1F σ =2F σ D. 1F σ≤2F σ 7-10．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。 7-7．设计闭式软齿面直齿轮传动时，选择小齿轮齿数z 1的原则是________。
题10-6 图示为二级斜齿圆柱齿轮减速器, 第一级斜齿轮的螺旋角 1 β的旋 向已给出。 （1）为使Ⅱ轴轴承所受轴向力较小,试确定第二级斜齿轮螺旋角β的旋向, 并画出各轮轴向力、径向力及圆周力的方向。 （2）若已知第一级齿轮的参数为:Z 1 =19,Z 2 =85,m n =5mm,0 20 = n α,a=265mm, 轮1的传动功率P=,n 1 =275 r/min。试求轮1上所受各力的大小。 解答: 1．各力方向：见题解10-6图。 2．各力的大小：m N 045 . 217 m N 275 25 .6 9550 9550 1 1 1 ? = ? ? = ? =n P T 148 . 11 , 9811 .0 265 2 ) 85 19 ( 5 2 ) ( cos2 1 1= = ? + ? = + =β β a z z n m ； mm 83 . 96 cos 1 1 = =β z n m d； N 883 tan , N 1663 cos tan , N 4483 2000 1 1 1 1 1 1 1 1 1 = = = = = =β β α t a t r t F F n F F d T F ； 题10-7图示为直齿圆锥齿轮-斜齿圆柱齿轮减速器,为使Ⅱ轴上的轴向力 抵消一部分,试确定一对斜齿圆柱齿轮螺旋线的方向;并画出各齿轮轴向力、径向 力及圆周力的方向。 解答：齿轮3为右旋，齿轮4为左旋; 力的方向见题解10-7图。 题解 题
↓ 题10-9 设计一冶金机械上用的电动机驱动的闭式斜齿圆柱齿轮传动, 已知:P = 15 kW,n 1 =730 r/min,n 2 =130 r/min,齿轮按8级精度加工,载荷有严重冲击,工作时间t =10000h,齿轮相对于轴承为非对称布置,但轴的刚度较大,设备可靠度要求较高,体积要求较小。（建议两轮材料都选用硬齿面） 解题分析：选材料→确定许用应力→硬齿面，按轮齿的弯曲疲劳强度确定齿轮的模数→确定齿轮的参数和几何尺寸→校核齿轮的接触疲劳强度→校核齿轮的圆周速度 解答:根据题意,该对齿轮应该选用硬齿面,其失效形式以轮齿弯曲疲劳折断为主。 1. 选材料 大、小齿轮均选用20CrMnTi 钢渗碳淬火（[1]表11-2），硬度为56～62HRC ，由[1]图 11-12 和[1]图11-13查得：MPa 1500,MPa 430lim lim ==H F σσ 2.按轮齿弯曲疲劳强度进行设计 （1）确定FP σ 按[1]式（11-7 P227）计算，取6.1,2min ==F ST S Y ；齿轮的循环次数： 8111038.41000017306060?=???==at n N ,取11=N Y ,则: 538MPa MPa 16 .124301m in lim 1=??== N F ST F FP Y S Y σσ （2）计算小齿轮的名义转矩T 1
齿轮传动 、选择题 7-1 ．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 7-2 .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 7-3 .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 7-4 .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 7-5.一对 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 m C . 45 钢齿面高频淬火 D .铸钢 ZG310-570 7-6 .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 7-7 .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. H1=H2 B.H1 v H2 C. H1 > H 2 D . H 1 < H2 7-8．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 7-9 ．一对标准直齿圆柱齿轮， z l = 21， z 2 = 63，则这对齿轮的弯曲应力 __________ 7-10 ．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 C.先按弯曲强度设计，再校核接触强度 7-7 ．设计闭式软齿面直齿轮传动时，选择小齿轮齿数 z 1 的原则是 ________ A. C. F1 > F 2 F1 = F2 B. F1 v F 2 D. F1 W F 2 O B ．只需按接触强度设计 D .只需按弯曲强度设 计。
一、选择题 1、一般开式齿轮传动的主要失效形式是＿C＿。 A、齿面胶合 B、齿面疲劳点蚀 C、齿面磨损或轮齿疲劳折断 D、轮齿塑性变形 2、高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是＿A＿。 A、齿面胶合 B、齿面疲劳点蚀 C、齿面磨损 D、轮齿疲劳折断 3、45号钢齿轮，经调质处理后其硬度值约为＿B＿。 A、HRC＝45~50 B、HBS=220~270 C、HBS=160~180 D、HBS=320~350 4、齿面硬度为56~62HRC的合金钢齿轮的加工工艺过程为＿C＿。 A、齿坏加工、淬火、磨齿、滚齿 B、齿坏加工、淬火、滚齿、磨齿 C、齿坏加工、滚齿、渗碳淬火、磨齿 D、齿坏加工、滚齿、磨齿、淬火 5、齿轮采用渗碳淬火的热处理方法，则齿轮材料只可能是＿D＿。 A、45号钢 B、ZG340~640 C、20Cr D、20CrMnTi 6、齿轮传动中齿面的非扩展性点蚀一般出现在＿A＿。 A、跑合阶段 B、稳定性磨损阶段 C、剧烈磨损阶段 D、齿面磨料磨损阶段 7、对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般＿D＿。 A、按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度 B、按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 C、只需按接触强度设计 D、只需按弯曲强度设计 8、一对标准直齿圆柱齿轮，已知z1=18，a2=72，则这对齿轮的弯曲应力＿A＿。 A、sF1>sF2 B、sF1 第四章齿轮传动计算题专项训练（答案）；1、已知一标准直齿圆柱齿轮的齿数z=36，顶圆d；2、已知一标准直齿圆柱齿轮副，其传动比i=3，主；3、有一对标准直齿圆柱齿轮，m=2mm，α=20；4、某传动装置中有一对渐开线；5、已知一对正确安装的标准渐开线正常齿轮的ɑ=2；解:144=4/2(Z1+iZ1)Z1=18Z2；d 1=4*18=72d2=4*54=216 第四章齿轮传动计算题专项训练（答案） 1、已知一标准直齿圆柱齿轮的齿数z=36，顶圆da=304mm。试计算其分度圆直径d、根圆直径df、齿距p以及齿高h。 2、已知一标准直齿圆柱齿轮副，其传动比i=3，主动齿轮转速n1=750r/mi n，中心距a=240mm，模数m=5mm。试求从动轮转速n2，以及两齿轮齿数z1和z 2。 3、有一对标准直齿圆柱齿轮，m=2mm，α=200， Z1=25，Z2=50，求（1）如果n1=960r/min，n2=？（2）中心距a=？（3）齿距p=？答案： n2=480 a=7 5 p=6.28 4、某传动装置中有一对渐开线。标准直齿圆柱齿轮（正常齿），大齿轮已损坏，小齿轮的齿数z1=24，齿顶圆直径da1=78mm, 中心距a=135mm, 试计算大齿轮的主要几何尺寸及这对齿轮的传动比。解： 78=m(24+2) m=3 a=m/2(z1 +z2) 135=3/2(24+z2) z2 =66 da2=3*66+2*3=204 df2=3*66-2*1.25*3=190.5 i =66/24=2.75 5、已知一对正确安装的标准渐开线正常齿轮的ɑ=200，m=4mm，传动比i12 =3，中心距a=144mm。试求两齿轮的齿数、分度圆半径、齿顶圆半径、齿根圆半径。 齿轮传动 一、选择题 7-1．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7-2．一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 7-3．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7-4．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 7-5．一对 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 m C ．45 钢齿面高频淬火 D ．铸钢 ZG310-570 7-6．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 7-7．一对齿轮传动，小轮材为 40Cr ；大轮材料为 45 钢，则它们的接触应力 。 A ． H 1 = H 2 B. H 1 ＜ H 2 C ．H 1 ＞H 2 D ．H 1 ≤H 2 7-8．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 7-9．一对标准直齿圆柱齿轮，z l = 21，z 2 = 63，则这对齿轮的弯曲应力 。 A. F 1 ＞ F 2 B. F 1 ＜ F 2 C. F 1 = F 2 D. F 1 ≤ F 2 7-10．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 第5章 齿轮机构及其设计 5.1 已知一对外啮合正常齿标准直齿圆柱齿轮123, 1941m mm z ===，z ，试计算这对齿轮的分度圆直径、齿顶高、齿根高、顶隙、中心距、齿顶圆直径、齿根圆直径，基圆直径、齿距、齿厚和齿槽宽。 解： ()1212121219357,413123133,1.253 3.753.7530.75,0.55712390572363, 12323129572 3.7549.5,1232 3.75115.557cos2053.563,123cos20a f a a f f b b d mm d mm h mm h mm c mm a mm d mm d mm d mm d mm d mm d =?==?==?==?====?+==+?==+?==?==?==??==??=－－－115.58339.425mm p ==mm π 5.2 已知一正常齿标准直齿圆柱齿轮20,540m mm z α=?==，，试分别求出分度圆、基圆、齿顶圆上渐开线齿廓的曲率半径和压力角。 解：分度圆上：0.554010020 sin 100sin 2034.20r mm r mm αρα=??====?= 基圆上： 100c o s 2093.97 00 b b b r r c o s m m ααρ=?=??==? = 齿顶圆上：1 1005105cos (/ )26.5 sin 105sin26.546.85a a b a a a a r mm r r r mm αρα-=+=====?= 5.4 在某项技术革新中，需要采用一对齿轮传动，其中心距144a mm =，传动比2i =。现在库 房中存有四种现成的齿轮，已知它们都是国产的正常齿渐开线标准齿轮，压力角都是20°，这四种齿轮的齿数z 和齿顶圆直径a d 分别为： 1a12a23a34a424,=104mm;47,196mm; 48,250mm; 48,200mm. z d z d z d z d ======= 试分析能否从这四种齿轮中选出符合要求的一对齿轮来。 解：根据传动比要求，显然齿轮2不合适。又 习题及参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 一般开式齿轮传动的主要失效形式是C。 A. 齿面胶合 B. 齿面疲劳点蚀 C. 齿面磨损或轮齿疲劳折断 D. 轮齿塑性变形 2 高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是A。 A. 齿面胶合 B. 齿面疲劳点蚀 C. 齿面磨损 D. 轮齿疲劳折断 3 45钢齿轮，经调质处理后其硬度值约为B。 A. 45～50 HRC B. 220～270 HBS C. 160～180 HBS D. 320～350 HBS 4 齿面硬度为56～62HRC的合金钢齿轮的加工工艺过程为C。 A. 齿坯加工→淬火→磨齿→滚齿 B. 齿坯加工→淬火→滚齿→磨齿 C. 齿坯加工→滚齿→渗碳淬火→磨齿 D. 齿坯加工→滚齿→磨齿→淬火 5齿轮采用渗碳淬火的热处理方法，则齿轮材料只可能是D。 A. 45钢 B. ZG340-640 C. 20Cr D. 20CrMnTi 6齿轮传动中齿面的非扩展性点蚀一般出现在A。 A. 跑合阶段 B. 稳定性磨损阶段 C. 剧烈磨损阶段 D. 齿面磨料磨损阶段 7 对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般D。 A. 按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度 B. 按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 C. 只需按接触强度设计 D. 只需按弯曲强度设计 8 一对标准直齿圆柱齿轮，若z1=18，z2=72，则这对齿轮的弯曲应力A。 A. σF1＞σF2 B. σF1＜σF2 C. σF1=σF2 D. σ≤σF2 F1 9 对于齿面硬度≤350HBS的闭式钢制齿轮传动，其主要失效形式为 齿轮传动 例1 二级圆柱齿轮减速器，其中一级为直齿轮，另一级为斜齿轮。试问斜齿轮传动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组成减速器，锥齿轮传动应置于高速级还是低速级？为什么？ 答：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。 例3 一对闭式直齿圆柱齿轮传动，已知：z 1= 25，z 2 = 75，m = 3 mm ，d φ= 1，小齿轮的转速 n =970 r/min 。主从动轮的][H σ 1 = 690 MPa ，][H σ 2 = 600 MPa ，载荷系数K = 1.6， 节点区域系数Z H = 2.5，材料弹性系数Z E = 189.8 MPa ，重合度系数εZ =0.9，是按接触疲 劳强度，求该齿轮传动传递的功率。 提示：接触疲劳强度校核公式为 ][ )1(2211H H E H u bd u KT Z Z Z σσε ≤+= 解：由已知条件： u = z 2 / z 1 = 75/25 = 3 d 1 = m z 1 = 3×25 = 75 mm b =φd d 1 = 1×75 = 75 mm 因为大齿轮的许用接触应力较低，故按大齿轮计算承载能力： )1(2][212 21+???? ? ??=u K u bd Z Z Z T E H H εσ )13(6.12375759.08.1895.260022 +????? ?? ? ????== 195182 Nmm = 195.182 Nm 齿轮传动所能传递的功率为： =??=?=30 970 182.1953011ππn T P 19826 W = 19.826 kW 例1 设计用于带式输送机传动装置的闭式单级直齿圆柱齿轮传动。传递功率P=2.7kW ，小齿轮转速n 1=350r/min ，传动比i=3.57。输送机工作平稳，单向运转，两班工作制，齿轮对称布置，预期寿命10年，每年工作300天。 解：1. 选择齿轮精度等级、材料、齿数 1）带式输送机属于一般机械，且转速不高，故初选择8级精度。 2）因载荷平稳，传递功率较小，可采用软齿面齿轮。参考表5-6，小齿轮选用45钢调质处理，齿面硬度220~250HBS ，σHLim1=595MPa ， σFE1=230MPa ；大齿轮选用 45钢正火处理，齿面硬度170~200HBS ， σ HLim2=520MPa ，σFE2=200MPa 。 3）初选小齿轮齿数z 1=24，则z 2=iz 1=3.57×24=85.68，取z 2=87。故实际传动比i=z 2/z 1=87/24=3.62，与要求的传动比3.57的误差小于3%。 对于齿面硬度小于350 HBS 的闭式软齿面齿轮传动，应按齿面接触强度设计，再按齿根弯曲强度校核。 2. 按齿面接触强度设计 设计公式5-48 1d ≥1）查表5-8，原动机为电动机，工作机械是输送机，且工作平稳，取载荷系数K=1.2。 2）小齿轮传递的转矩 11 2.7 9550955073.671 350 P N m n T =?= ?= ? 3）查表5-13，齿轮为软齿面，对称布置，取齿宽系数φd =1。 4）查表5-10，两齿轮材料都是锻钢，故取弹性系数Z E =189.8 MPa 1/2。 5）两齿轮为标准齿轮，且正确安装，故节点区域系数Z H =2.5，取重合度系数Z ε=0.9。 6）计算许用接触应力 N W X HLim H H Z Z Z S σσ??=?? ①应力循环次数 小齿轮N 1=60n 1jL h =60×350×1×(2×8×300×10)=10.08×108 大齿轮N 2= N 1/i=10.08×108/3.62=2.78×108 ②据齿轮材料、热处理以及N 1、N 2，查接触疲劳寿命系数图表，不允许出现点蚀，得接触疲劳寿命系数Z N1=1，Z N2=1，两齿轮均为软齿面故ZW=1，ZX=1。 ③一般传动，取安全系数S H =1.1。 ④计算许用接触应力 11115951540.91.1N W X HLim H H MPa Z Z Z S σσ???===??2222 5201427.71.1N W X HLim H H MPa Z Z Z S σσ???===?? 取小值[σ H2]代入计算。 7）计算 1 81.56mm d 8）计算主要尺寸 ①模数m=d 1/z 1=81.56/24=3.4mm 查表5-2，取标准值m=4mm 。 ②分度圆直径d 1=mz 1=4×24=96mm 7-1．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 7-2．一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 7-3．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 7-4．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 7-5．一对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m C ．45钢齿面高频淬火 D ．铸钢ZG310-570 7-6．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 7-7．一对齿轮传动，小轮材为40Cr ；大轮材料为45钢，则它们的接触应力________。 A ．1H σ=2H σ B. 1H σ＜2H σ C ．1H σ＞2H σ D ．1H σ≤2H σ 7-8．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 7-9．一对标准直齿圆柱齿轮，z l = 21，z 2 = 63，则这对齿轮的弯曲应力________。 A. 1F σ＞2F σ B. 1F σ＜2F σ C. 1F σ =2F σ D. 1F σ≤2F σ 7-10．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。 7-7．设计闭式软齿面直齿轮传动时，选择小齿轮齿数z 1的原则是________。 A ．z 1 越多越好 B ．z 1 越少越好 C ．z 1 ≥17，不产生根切即可 D ．在保证弯曲强度的前提下选多一些 十八齿轮传动习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 一般开式齿轮传动的主要失效形式是C 。 A. 齿面胶合 B. 齿面疲劳点蚀 C. 齿面磨损或轮齿疲劳折断 D. 轮齿塑性变形 2 高速重载齿轮传动，当润滑不良时，最可能出现的失效形式是 A 。 A. 齿面胶合 B. 齿面疲劳点蚀 C. 齿面磨损 D. 轮齿疲劳折断 3 45钢齿轮，经调质处理后其硬度值约为 B 。 A. 45～50 HRC B. 220～270 HBS C. 160～180 HBS D. 320～350 HBS 4 齿面硬度为56～62HRC的合金钢齿轮的加工工艺过程为C 。 A. 齿坯加工→淬火→磨齿→滚齿 B. 齿坯加工→淬火→滚齿→磨齿 C. 齿坯加工→滚齿→渗碳淬火→磨齿 D. 齿坯加工→滚齿→磨齿→淬火 5 齿轮采用渗碳淬火的热处理方法，则齿轮材料只可能是 D 。 A. 45钢 B. ZG340-640 C. 20Cr D. 20CrMnTi 6 齿轮传动中齿面的非扩展性点蚀一般出现在。 A. 跑合阶段 B. 稳定性磨损阶段 C. 剧烈磨损阶段 D. 齿面磨料磨损阶段 7 对于开式齿轮传动，在工程设计中，一般。 A. 按接触强度设计齿轮尺寸，再校核弯曲强度 B. 按弯曲强度设计齿轮尺寸，再校核接触强度 C. 只需按接触强度设计 D. 只需按弯曲强度设计 8 一对标准直齿圆柱齿轮，若z1=18，z2=72，则这对齿轮的弯曲应力。 A. σF1＞σF2 B. σF1＜σF2 C. σF1=σF2 D. σF1≤σF2 9 对于齿面硬度≤350HBS的闭式钢制齿轮传动，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 10 一减速齿轮传动，小齿轮1选用45钢调质；大齿轮选用45钢正火，它们的齿面接触应力。 A. σH1＞σH2 B. σH1＜σH2 C. σH1=σH2 D. σH1≤σH2 11 对于硬度≤350HBS的闭式齿轮传动，设计时一般。 A. 先按接触强度计算 B. 先按弯曲强度计算 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z2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d1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，高级速要求传动平稳，其传递的转矩小，故z1取多一 些，齿宽系数d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d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。 4-19解：锥齿轮：圆周力Ft 在主动轮上与其回转方向相反，在从 动轮上与其回转方向相同。故Ft1方向向上，Ft2方向向左。径向力Fr 的方向由啮合点分别指向各自的轮心。轴向力的方向沿轴线分别指向各自的大端。故Fa1方向向左，Fa2方向向下。 斜齿轮：圆周力Ft 方向在主动轮上与其回转方向相反，在 从动轮上与其回转方向相同。故Ft3方向向右，Ft4方向向右。径向力Fr 的方向分别指向各自的轮心。轴向力：要使中间轴II 上轴向力尽可能小，则Fa3方向应与Fa2方向相反，即Fa3方向向上，从动轮方向与其在同一直线上，大小相等，方向相反。则Fa4方向向下。 4-27 解： (1) 低速级直齿圆柱齿轮传动 1. 选择材料 查表4-1小齿轮45钢调质，HBW 3=217~255，大齿轮45钢正火，HBW 4=162~217。计算时取HBW 3=230，HBW 4=190。(HBW 3~HBW 4=230~190=40，合适) 2. 按齿面接触疲劳强度初步设计 由表4-10 d 3≥766 3 2H d 3) 1(][u u KT +σφ 1) 小齿轮传递的转矩5208 .4/97011 95509550 223 =?==n P T N ·m齿轮传动计算题(带答案)
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