机械设计基础11章齿轮传动
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133第11章 齿轮传动11.1考点提要11.1.1 重要的术语及概念软齿面、硬齿面、许用应力、弯曲疲劳强度、接触疲劳强度、接触应力、弯曲应力、点蚀、胶合、载荷系数、齿宽系数、齿形系数、应力集中系数、应力循环次数、齿轮精度等级。
11.1.2 许用应力的计算接触疲劳强度的许用应力为: HH HN H S K lim ][σσ= (11—1) 式中:HN K 称为寿命系数,由应力循环次数确定;lim H σ是齿面材料的接触疲劳极限;H S 为安全系数。
即使两齿轮采用同样的材料和热处理,由于两齿轮会有齿数不同,所以应力循环次数也就不同,从而导致寿命系数HN K 不同,因此许用应力也不同。
只有两齿轮齿数相同或齿数虽不同但都按无限寿命取相同的寿命系数HN K 并取相同的安全系数H S ,许用应力才相同。
弯曲疲劳强度的许用应力为:FFE FN F S K σσ=][ (11—2) 式中:环次数确定)为寿命系数(由应力循FN K ;FE σ为齿面材料的弯曲疲劳极限;F S 为安全系数。
即使两齿轮采用同样的材料和热处理,由于两齿轮会有齿数不同,所以应力循环次数也就不同,从而导致寿命系数FN K 不同,因此许用应力也不同。
如果两齿轮齿数相同或齿数虽不同但都按无限寿命取相同的寿命系数FN K 并取相同的安全系数F S ,许用应力才会相同。
为实现等强度设计,如果采用软齿面(HBS 350≤),一般小齿轮比大齿轮硬度高30-50HBS,小齿轮对大齿轮有冷作硬化作用。
如采用硬齿面(HBS 350>),在淬火处理中难以做到如此的硬度差,设计时按同样硬度设计。
要注意:如果是开式齿轮传动,则极限应力要乘以0.7,由于极限应力是按单向转动所获得的数据,如果是双向转动,则也要乘以0.7。
11.1.3齿轮的失效形式和计算准则齿轮的失效形式有五种:(1)轮齿折断。
减缓措施:增大齿根的圆角半径,提高齿面加工精度,增大轴及支承的刚度。
第一章平面机构的自由度和速度分析题1-1在图示偏心轮机构中,1为机架,2为偏心轮,3为滑块,4为摆轮。
试绘制该机构的运动简图,并计算其自由度。
题1—2图示为冲床刀架机构,当偏心轮1绕固定中心A转动时,构件2绕活动中心C摆动,同时带动刀架3上下移动。
B点为偏心轮的几何中心,构件4为机架。
试绘制该机构的机构运动简图,并计算其自由度。
题1—3计算题1-3图a)与图b)所示机构的自由度(若有复合铰链,局部自由度或虚约束应明确指出)。
题1-3图a)题1-3图b)题1—4计算题1—4图a、图b所示机构的自由度(若有复合铰链,局部自由度或虚约束应明确指出),并判断机构的运动是否确定,图中画有箭头的构件为原动件。
题1—5 计算题1—5图所示机构的自由度(若有复合铰链,局部自由度或虚约束应明确指出),并标出原动件。
题1—5图 题解1—5图题1-6 求出图示的各四杆机构在图示位置时的全部瞬心。
第二章 连杆机构题2-1在图示铰链四杆机构中,已知 l BC =100mm ,l CD =70mm ,l AD =60mm ,AD 为机架。
试问:(1)若此机构为曲柄摇杆机构,且AB 为曲柄,求l AB 的最大值;(2)若此机构为双曲柄机构,求l AB 最小值; (3)若此机构为双摇杆机构,求l AB 的取值范围。
题2-2 如图所示的曲柄滑块机构: (1)曲柄为主动件,滑块朝右运动为工作 行程,试确定曲柄的合理转向,并简述其理由;(2)当曲柄为主动件时,画出极位夹角θ,最小传动角g min ; (3)设滑块为主动件,试用作图法确定该机构的死点位置 。
D题2-1图题2-3图示为偏置曲柄滑块机构,当以曲柄为原动件时,在图中标出传动角的位置,并给出机构传动角的表达式,分析机构的各参数对最小传动角的影响。
题2-4设计一曲柄摇杆机构,已知机构的摇杆DC长度为150mm,摇杆的两极限位置的夹角为45°,行程速比系数K=1.5,机架长度取90mm。
机械设计基础课后习题答案第三版课后答案(1-18章全) 完整版机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第1章机械设计概述1第2章摩擦、磨损及润滑概述 3第3章平面机构的结构分析12第4章平面连杆机构16第5章凸轮机构 36第6章间歇运动机构46第7章螺纹连接与螺旋传动48第8章带传动60第9章链传动73第10章齿轮传动80第11章蜗杆传动112第12章齿轮系124第13章机械传动设计131第14章轴和轴毂连接133第15章轴承138第16章其他常用零、部件152第17章机械的平衡与调速156第18章机械设计CAD简介163机械设计概述机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
2.方案设计在满足设计任务书中设计具体要求的前提下,由设计人员构思出多种可行方案并进行分析比较,从中优选出一种功能满足要求、工作性能可靠、结构设计可靠、结构设计可行、成本低廉的方案。
3.技术设计完成总体设计、部件设计、零件设计等。
4.制造及试验制造出样机、试用、修改、鉴定。
常见的失效形式有哪几种?答:断裂,过量变形,表面失效,破坏正常工作条件引起的失效等几种。
什么叫工作能力?计算准则是如何得出的?答:工作能力为指零件在一定的工作条件下抵抗可能出现的失效的能力。
对于载荷而言称为承载能力。
根据不同的失效原因建立起来的工作能力判定条件。
标准化的重要意义是什么?答:标准化的重要意义可使零件、部件的种类减少,简化生产管理过程,降低成本,保证产品的质量,缩短生产周期。
第2章摩擦、磨损及润滑概述按摩擦副表面间的润滑状态,摩擦可分为哪几类?各有何特点?答:摩擦副可分为四类:干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦。
干摩擦的特点是两物体间无任何润滑剂和保护膜,摩擦系数及摩擦阻力最大,磨损最严重,在接触区内出现了粘着和梨刨现象。
液体摩擦的特点是两摩擦表面不直接接触,被液体油膜完全隔开,摩擦系数极小,摩擦是在液体的分子间进行的,称为液体润滑。
机械设计基础(杨可桢版)1-18章答案(全)机械设计基础习题答案第八章回转件的平衡8-1解:依题意该转子的离心力大小为该转子本身的重量为则,即该转子的离心力是其本身重量的倍。
8-2答:方法如下:( 1)将转子放在静平衡架上,待其静止,这时不平衡转子的质心必接近于过轴心的垂线下方;( 2)将转子顺时针转过一个小角度,然后放开,转子缓慢回摆。
静止后,在转子上画过轴心的铅垂线1;( 3)将转子逆时针转过一个小角度,然后放开,转子缓慢回摆。
静止后画过轴心的铅垂线2;( 4)做线1和2的角平分线,重心就在这条直线上。
8-3答:( 1)两种振动产生的原因分析:主轴周期性速度波动是由于受到周期性外力,使输入功和输出功之差形成周期性动能的增减,从而使主轴呈现周期性速度波动,这种波动在运动副中产生变化的附加作用力,使得机座产生振动。
而回转体不平衡产生的振动是由于回转体上的偏心质量,在回转时产生方向不断变化的离心力所产生的。
(2)从理论上来说,这两种振动都可以消除。
对于周期性速度波动,只要使输入功和输出功时时相等,就能保证机械运转的不均匀系数为零,彻底消除速度波动,从而彻底消除这种机座振动。
对于回转体不平衡使机座产生的振动,只要满足静或动平衡原理,也可以消除的。
(3)从实践上说,周期性速度波动使机座产生的振动是不能彻底消除的。
因为实际中不可能使输入功和输出功时时相等,同时如果用飞轮也只能减小速度波动,而不能彻底消除速度波动。
因此这种振动只能减小而不能彻底消除。
对于回转体不平衡产生的振动在实践上是可以消除的。
对于轴向尺寸很小的转子,用静平衡原理,在静平衡机上实验,增加或减去平衡质量,最后保证所有偏心质量的离心力矢量和为零即可。
对于轴向尺寸较大的转子,用动平衡原理,在动平衡机上,用双面平衡法,保证两个平衡基面上所有偏心质量的离心力食量和为零即可。
8-4图 8 . 7解:已知的不平衡质径积为。
设方向的质径积为,方向的质径积为,它们的方向沿着各自的向径指向圆外。
思考题及练习题11.1记里鼓车是中国古代用于计算道路里程的车,由“记道车”发展而来。
车箱内有立轮、大小平轮、铜旋风轮等,轮周各出齿若干,结构及参数如图所示。
求齿轮4与车轮(齿轮1)的传动比。
齿轮4转一周,木人击鼓一次。
假定要求车行500米,木人击鼓一次,问车轮直径应为多少?答:齿轮1~齿轮4组成定轴齿轮系1412441354100====100183i n z z n z z ×× 如果:n 4=1 r ,则 n 1=100 r设车轮直径为d 1,则11=500d n πd 1=1.59 m车轮直径应为1.59米。
11.2如图所示齿轮系,已知1z =15、2z =50、3z =15、4z =60、5z =15、6z =30、7z =2(右旋)8z =60,若1n =1000 r/min 。
试求:(1)求18i =?(2)蜗轮8的转速大小和方向?答:(1)800215151560306050753186428118=××××××===Z Z Z Z Z Z Z Z n n i习题11.1图(2)18181000 1.25r /min 800n n i === 方向用画箭头方法确定,为顺时针方向。
11.3. 如图所示轮系,已知齿轮齿数1z =30、2z =20、3z =30、4z =20、5z =80 、蜗杆头数6z =1、蜗轮齿数7z =60,齿轮1转速n 1=1200 r/min ,方向如图中箭头所示,求齿轮1与蜗轮7的传动比17i ,蜗轮7的转速n 7,并在图中标出其转动方向。
答: 解:235711771246203080602403020201z z z z n i n z z z z ×××====××× 171712005r /min 240n n i === 方向用画箭头方法确定,为逆时针方向。
机械设计基础课件齿轮传动机械设计基础课件:齿轮传动1.引言齿轮传动是机械设计中的一种基本传动方式,广泛应用于各种机械设备的运动和动力传递。
齿轮传动具有结构简单、传动效率高、可靠性好、寿命长等优点,因此在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
本课件将介绍齿轮传动的基本原理、分类、设计方法和应用。
2.齿轮传动的基本原理齿轮传动是利用齿轮副的啮合来传递动力和运动的一种传动方式。
齿轮副由两个或多个齿轮组成,其中主动齿轮通过旋转驱动从动齿轮,从而实现动力和运动的传递。
齿轮副的啮合是通过齿轮齿廓的接触来实现的,齿廓的形状和尺寸决定了齿轮传动的性能和精度。
3.齿轮传动的分类齿轮传动根据齿轮的形状和布置方式可分为直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、直齿圆锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。
直齿圆柱齿轮传动是应用最广泛的一种齿轮传动方式,具有结构简单、制造容易、精度高等优点。
斜齿圆柱齿轮传动具有传动平稳、噪声低、承载能力强等优点,适用于高速和重载的传动场合。
直齿圆锥齿轮传动适用于空间狭小和角度传动的场合。
蜗轮蜗杆传动具有大传动比、自锁性和精度高等特点,适用于低速、大扭矩的传动场合。
4.齿轮传动的设计方法齿轮传动的设计主要包括齿轮的几何设计、强度设计和精度设计。
齿轮的几何设计是根据传动比、工作条件、材料等因素确定齿轮的齿数、模数、压力角等参数。
强度设计是保证齿轮传动在规定的工作条件下具有足够的承载能力和寿命,主要包括齿面接触强度和齿根弯曲强度的计算。
精度设计是保证齿轮传动的精度和运动平稳性,主要包括齿轮的加工精度和装配精度的控制。
5.齿轮传动的应用齿轮传动在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
在机床、汽车、船舶、飞机等机械设备中,齿轮传动用于传递动力和运动,实现各种复杂的运动轨迹和速度变化。
在风力发电、水力发电等能源领域,齿轮传动用于传递高速旋转的动力,实现能源的转换和利用。
在、自动化设备等高科技领域,齿轮传动用于实现精确的运动控制和动力传递,提高设备的性能和效率。
第11章 齿轮传动精选例题与解析例11-1 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11-2 一对齿轮传动,若按无限寿命考虑,如何判断其大小齿轮中哪个不易出现齿面点蚀?哪个不易发生齿根弯曲疲劳折断?答:一对齿轮的接触应力相等,哪个齿轮首先出现点蚀,取决于它们的许用接触应力][H σ,其中较小者容易出现齿面点蚀。
通常,小齿轮的硬度较大,极限应力lim σ较大,按无限寿命设计,小齿轮的许用接触应力][H σ 1 较大,不易出现齿面点蚀。
判断哪个齿轮先发生齿根弯曲疲劳折断,即比较两轮的弯曲疲劳强度,要比较两个齿轮的111][F Sa Fa Y Y σ和222][F Sa Fa YY σ,其比值较小者弯曲强度较高,不易发生轮齿疲劳折断。
、例11-3 图示双级斜齿圆柱齿轮减速器,高速级:m n =2 mm ,z 1=22,z 2 =95,︒=20n α,a =120,齿轮1为右旋;低速级:m n = 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。
机械设计基础第十一章齿轮传动齿轮传动是一种常见的机械传动方式,广泛应用于各种机械设备中。
在机械设计基础的第十一章中,我们将学习有关齿轮传动的基本概念、设计原则和计算方法。
第一节介绍了齿轮传动的基本概念。
齿轮是由齿轮齿和齿间空隙组成的圆柱形件,一般可分为直齿轮、斜齿轮和曲线齿轮等几种类型。
齿轮有着许多优点,如传动效率高、传动比稳定等。
齿轮传动的基本组成部分有主动轮和从动轮,它们通过齿轮齿的啮合实现传动。
第二节介绍了齿轮传动的设计原则。
齿轮传动的设计需要考虑多个方面的因素,如传动效率、传动比、齿轮强度和齿面接触疲劳强度等。
为了保证传动的可靠性和高效性,齿轮的模数、齿数和齿轮啮合角等设计参数需要合理选择。
此外,还需要考虑齿轮的装配和机械设备的运转平稳性。
第三节介绍了齿轮传动的计算方法。
齿轮传动的计算主要涉及齿轮的尺寸、传动比和齿面接触疲劳强度等方面。
齿轮的尺寸计算包括齿轮齿高、齿底高和压力角等参数的计算。
传动比的计算需要根据实际需求确定。
齿面接触疲劳强度的计算主要涉及齿轮齿面接触力和接触应力的计算。
第四节介绍了齿轮齿面的加工和齿轮的装配。
齿轮的齿面加工是关键的环节,直接影响齿轮传动的性能。
齿轮的加工方法包括铣削、滚削和磨削等。
齿轮的装配需要保证齿轮齿的正确啮合并保持一定的间隙,以确保传动的平稳运转。
总结起来,齿轮传动是一种常见的机械传动方式,具有传动效率高、传动比稳定等优点。
在进行齿轮传动的设计和计算时,需要考虑多个因素,并选择合适的设计参数。
齿轮的加工和装配也是关键的环节,对于传动的性能有着直接的影响。
通过对齿轮传动的学习,我们能够更好地理解和应用这种传动方式,从而提高机械设备的性能和可靠性。
第十一章齿轮传动1.(1)闭式齿轮传动的主要失效形式及设计准则是什么?开式齿轮传动的主要失效形式及设计准则是什么?答:软齿面闭式齿轮传动的主要失效形式为齿面点蚀,故应先进行齿面接触疲劳强度校核,再进行齿根弯曲疲劳强度校核。
硬齿面闭式齿轮传动的主要失效形式是齿轮疲劳折断,故应先进行齿根弯曲疲劳强度校核,再进行齿面接触疲劳强度校核。
开式齿轮传动的主要失效形式是齿面磨损,一般只进行齿根弯曲疲劳强度校核,同时考虑磨损的影响将模数增加10%~15%。
(对于高速大功率的齿轮传动还要进行齿面抗胶合计算)2.(1)选择齿轮材料时,为何小齿轮的材料硬度要选得比大齿轮材料硬度高?答:因为小齿轮应力循环次数多,弯曲应力更大。
3.(1)提高轮齿的抗弯曲疲劳折断能力和齿面抗点蚀能力有哪些可能的措施?答:抗弯曲疲劳折断能力的措施:通过计算齿根弯曲疲劳强度来保证;增大齿根过渡圆角半径,消除加工刀痕,降低应力集中;增大轴和支承的刚度,减小局部载荷程度;使齿轮芯具有足够的韧性;在齿根处采取强化措施(喷丸或挤压)等。
齿面抗点蚀措施:通过计算齿面接触疲劳强度来保证;提高齿面硬度;减小齿面的粗糙度值;增加润滑油的粘度。
4.什么是硬齿面齿轮?什么是软齿面齿轮?各适用于什么场景?(此题略去)答:当齿面硬度大于350HBS时,称为硬齿面齿轮;当齿面硬度≤350HBS时,称为软齿面齿轮;硬齿面齿轮适用于高速、重载和精密仪器,而软齿面齿轮适用于对速度、载荷和精密度要求都不是很高的场合。
5.齿轮产生齿面磨损的主要原因是什么?它是哪一种齿轮传动的主要失效形式?防止磨损失效的最有效办法是什么?答:在齿轮传动时,当落入磨料性物质时,就会发生磨损,当齿轮表面比较粗糙时也会发生齿轮磨损;是开式齿轮传动的主要失效形式;最有效的方法就是改为闭式齿轮传动,其次是各种增大齿面硬度的方法。
6.齿面接触疲劳强度计算的计算点在何处?其计算的力学模型是什么?齿面接触疲劳强度针对何种失效形式?(此题略去)答:节点;两个半径为两齿轮接触点出曲率半径的圆柱之间的弹性接触;针对齿面点蚀失效形式。
第十一节齿轮传动的润滑一、齿轮传动润滑的目的齿轮传动时,相啮合的齿面间有相对滑动,因此就会产生摩擦和磨损,增加动力消耗,降低传动效率。
对齿轮传动进行润滑,就是为了避免金属直接接触,减少摩擦磨损,同时还可以起到散热和防锈蚀的目的。
二、齿轮传动的润滑方式开式及半开式齿轮传动或速度较低的闭式齿轮传动,通常采用人工周期性加油润滑。
通用的闭式齿轮传动,常采用浸油润滑和喷油润滑。
当齿轮的圆周速度v<12m/s时,常将大齿轮的轮齿进入油池中进行浸油润滑。
齿轮浸入油中的深度可视齿轮的圆周速度大小而定,对圆柱齿轮通常不宜超过一个齿高,但一般亦不应小于10mm;对圆锥齿轮应浸入全齿宽,至少应浸入齿宽的一半。
在多级齿轮传动中,可借带油轮将油带到未进入油池内的齿轮的齿面上。
当齿轮的圆周速度v>12m/s时,应采用喷油润滑,即由油泵或中心油站以一定的压力供油,借喷嘴将润滑油喷到轮齿的啮合面上。
当v≤25m/s,喷嘴位于轮齿啮入边或啮出边均可;当v>25m/s时,喷嘴应位于轮齿啮出的一边,以便借润滑油及时冷却刚啮合过的轮齿,同时亦对轮齿进行润滑。
润滑剂的选择:齿轮传动常用的润滑剂为润滑油或润滑脂。
选用时,应根据齿轮的工作情况(转速高低、载荷大小、环境温度等),选择润滑剂的粘度、牌号。
作业1.常见的齿轮失效有哪些形式?2. 齿轮强度设计准则是根据什么确定的?有哪些准则?3. 通常软齿面与硬齿面的硬度界限是如何划分的?4. 在进行齿轮强度计算时,为什么要引入载荷系数K?载荷系数K由哪几部分组成?5. 为什么齿面点蚀一般首先发生在靠近节线的齿根面上? 为什么?6. P233 题10-57:P234 题10-68:两级斜齿圆柱齿轮减速器,其布置方式如图,问:1)低速级斜齿轮的螺旋方向如何选才能使中间轴Ⅱ上两齿轮所受的轴向力方向相反?(在图上画出)2)低速级小齿轮β2应取多大值,才能使中间轴Ⅱ上轴向力相互抵消?9:P233 题10-110:图示为直齿锥齿轮一斜齿圆柱齿轮减速器,齿轮1主动,转向如图示。