机械设计 第10章 齿轮-2014

第十二章齿轮传动一、选择题12－1在机械传动中，理论上能保证瞬时传动比为常数的是___.（1）带传动（2）链传动（3）齿轮传动（4）摩擦轮传动12－2一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是___.（1）齿面点蚀（2）轮齿折断（3）齿面磨粒磨损（4）齿面胶合12－3高速重载且散热条件不良的闭式齿轮传动，其最可能出现的失效形式是___.（1）轮齿折断（2）齿面磨粒磨损（3）齿面塑性变形（4）齿面胶合12－4一般参数的开式齿轮传动，其主要的失效形式是___。

（1）齿面点蚀（2）轮齿折断（3）齿面胶合（4）齿面塑性变形12－5发生全齿折断而失效的齿轮，一般是___。

（1）齿宽较小的直齿圆柱齿轮（2）齿宽较大、齿向受载不均的直齿圆柱齿轮（3）斜齿圆柱齿轮（4）人字齿轮12－6下列措施中，___不利于提高轮齿抗疲劳折断能力。

（1）减小齿面粗糙度值（2）减轻加工损伤（3）表面强化处理（4）减小齿根过渡曲线半径12－7下列措施中，___不利于减轻和防止点蚀，不利于提高齿面接触强度。

（1）提高齿面硬度（2）采用粘度低的润滑油（3）降低齿面粗糙度值（4）采用较大的变位系数和12－8设计一般闭式齿轮传动时，计算接触强度是为了避免___失效。

（1）胶合（2）磨粒磨损（3）齿面点蚀（4）轮齿折断12－9设计一般闭式齿轮传动时，齿根弯曲疲劳强度计算主要针对的失效形式是___。

（1）齿面塑性变形（2）轮齿疲劳折断（3）齿面点蚀（4）磨损12－10对齿轮轮齿材料的基本要求是___。

（1）齿面要硬，齿芯要韧（2）齿面要硬，齿芯要脆（3）齿面要软，齿芯要脆（4）齿面要软，齿芯要韧12－11已知一齿轮的制造工艺过程是：加工齿坯、滚齿、表面淬火和磨齿，则该齿轮的材料是___。

（1）20CrMnTi (2)40Cr (3)Q235 (4)ZChSnSb12-612－12材料为20Cr的齿轮要达到硬齿面，适宜的热处理方法是___。

（1）整体淬火（2）渗碳淬火（3）调质（4）表面淬火12－13各种齿面硬化处理方法中，___处理的轮齿变形最小，因此处理后不许再磨齿，适用于内齿轮和难于磨削的齿轮。

本章的习题是按旧书的齿形系数Y F 求解的，新书需将齿形系数改为复合齿形系数Y FS 。

旧书（新书）10-3（10-3） 标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F （Y FS ）与什么因素有关？两个直齿圆柱齿轮的模数和齿数分别为m 1=20 mm ，z 1=20；m 2=2 mm ，z 2=20，其（复合）齿形系数是否相等？答：标准渐开线齿轮的（复合）齿形系数Y F （Y FS ）与齿轮的齿数有关，而与模数无关。

由于两个直齿圆柱齿轮的齿数相等，故其（复合）齿形系数是相等的。

10-7（10-6）有一直齿圆柱齿轮传动，允许传递功率P ，若通过热处理方法提高材料的力学性能，使大小齿轮的许用接触应力[σ H2]、[σ H1]各提高30％，试问此传动在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，抗疲劳点蚀允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高百分之几？解：由齿轮接触疲劳强度条件][≤)1(335H 213H σuba KT u σ±=当大小齿轮的许用接触应力提高30％时，即[] 1.3[]H H σσ'=，在不改变工作条件及其他设计参数的情况下，有[]1[] 1.3H H σσ'==得： 21111.3 1.69T T T '==11 1.69P P T T P P '=''=故允许传递的扭矩和允许传递的功率可提高69％。

10-8（10-7） 单级闭式直齿圆柱齿轮传动，小齿轮的材料为45钢调质，大齿轮材料为ZG310-570正火，P = 4 kW ， n 1=720 r/min ，m =4 mm ，z 1=25，z 2 =73，b 1=84 mm ，b 2 =78 mm ，单向传动，载荷有中等冲击，用电动机驱动，试问这对齿轮传动能否满足强度要求而安全工作。

解 ：⑴ 齿轮材料的许用应力由表 10-1查得小齿轮材料45钢调质，齿面硬度230HBS ；大齿轮ZG310-570正火，齿面硬度180HBS ，齿轮的材料为软齿面齿轮。

机械设计第10章机械传动系统及其传动比机械传动系统及其传动比案例导入：在实际的机械工程中，为了满足各种不同的工作需要，仅仅使用一对齿轮是不够的。

本章通过带式输送机、牛头刨床、汽车变速箱和差速器、自动进刀读数装置、滚齿机行星轮系等例子，介绍轮系的概念、分类、传动比的分析计算方法。

第一节定轴轮系的传动比计算在实际应用的机械中，为了满足各种需要，例如需要较大的传动比或作远距离传动等，常采用一系列互相啮合的齿轮来组成传动装置。

这种由一系列齿轮组成的传动装置称为齿轮系统，简称轮系。

一、轮系的分类轮系有两种基本类型：(1)定轴轮系。

如图10-1所示，在轮系运转时各齿轮几何轴线都是固定不变的，这种轮系称为定轴轮系。

(2)行星轮系。

如图10-2所示，在轮系运转时至少有一个齿轮的几何轴线绕另一几何轴线转动，这种轮系称为行星轮系。

图10-1 定轴轮系二、轮系的传动比1.轮系的传动比轮系中，输入轴（轮）与输出轴（轮）的转速或角速度之比，称为轮系的传动比，通常用i表示。

因为角速度或转速是矢量，所以，计算轮系传动比时，不仅要计算它的大小，而且还要确定输出轴（轮）的转动方向。

2.定轴轮系传动比的计算根据轮系传动比的定义，一对圆柱齿轮的传动比为nzi12 1 2 n2z1式中：“±”为输出轮的转动方向符号，图10-2行星轮系第十章机械传动系统及其传动比当输入轮和输出轮的转动方向相同时取“＋”号、相反时取“－”号。

如图10-1a) 所示的一对外啮合直齿圆柱齿轮传动，两齿轮旋转方向相反，其传动比规定为负值，表示为：i=n1=n2z2 z1如图10-1b)所示为一对内啮合直齿圆柱齿轮传动，两齿轮的旋转方向相同，其传动比规定为正值，表示为：n1z2 i= =n2z1如图10-3所示的定轴轮系，齿轮1为输入轮，齿轮4为输出轮。

应该注意到齿轮2和2＇是固定在同一根轴上的，即有n2=n2′。

此轮系的传图10-3定轴轮系传动比的计算动比i14可写为：nnn ni14 1 123 i12i2 3i***** z2z3z4 312上式表明，定轴轮系的总传动比等于各对啮合齿轮传动比的连乘积，其大小等于各对啮合齿轮中所有从动轮齿数的连乘积与所有主动轮齿数的连乘积之比，即m从1轮到k轮之间所有从动轮齿数n的连乘积i1k 1 1 (10-1) nk从1轮到k轮之间所有从主轮齿数的连乘积式中：m为平行轴外啮合圆柱齿轮的对数，用于确定全部由圆柱齿轮组成的定轴轮系中输出轮的转向。

机械设计第十章-齿轮传动齿轮传动是一种常见的动力传递方式，它能够将功率从一个轴传递到另一个轴。

齿轮传动在机械设备中广泛应用，包括车辆、机床、风力发电机等。

齿轮传动的设计涉及到齿轮的几何形状、材料、齿数和模数等因素，需要综合考虑多个因素。

本章将介绍齿轮传动的原理、设计方法和齿轮副的受力分析。

一、齿轮传动的原理齿轮传动是通过齿轮之间的啮合来传递功率的。

齿轮传动一般由两个或多个齿轮组成，其中一个齿轮为主动齿轮，另一个为从动齿轮。

主动齿轮通过电动机或其他驱动装置带动，从动齿轮由这种运动带动，从而实现功率传递。

在齿轮传动中，两个齿轮之间的啮合部分称为齿轮副。

齿轮的外径和齿宽决定了齿轮的大小，齿数和齿形决定了齿轮的几何形状。

齿轮的材料也很重要，一般采用强度高、耐磨损、耐疲劳的材料制造。

在齿轮传动中，齿轮之间的啮合是通过齿轮齿与齿之间的转动摩擦完成的。

当主动齿轮旋转时，它的一侧齿轮齿逐渐接触并推动从动齿轮的齿轮齿转动。

在齿轮齿接触时，齿间间隙必须足够小，齿面必须经过精密磨削处理，以保证齿轮副的传动精度和寿命。

二、齿轮传动的设计方法齿轮传动的设计一般需要考虑以下几个因素：1、传递的功率和转速齿轮传动的设计需要考虑传递的功率和转速，它们决定了齿轮的尺寸和齿数。

传递功率越大，齿轮的尺寸和齿数就越大，同时轴承容量也必须相应增加。

转速越高，齿轮的材料强度和刚度越高。

2、齿轮的几何形状和齿距在齿轮传动的设计中，必须确定齿轮的几何形状和齿距。

齿轮的齿距是指齿轮中心距，它决定了齿轮轴距。

齿轮的齿形和齿距也是重要的因素，它们直接影响齿轮的传动效率和寿命。

3、齿轮的材料和处理方式齿轮的材料和处理方式也是齿轮设计的重要因素。

齿轮必须具有足够的强度和刚度，能够承受传递功率的要求。

普通齿轮的制造需要经过多道热处理工艺，以保证齿轮的硬度和耐磨性。

4、齿轮副的载荷齿轮副的载荷是齿轮设计的重要参考依据，它决定了齿轮的强度。

齿轮副的载荷包括沿轴方向的载荷和径向载荷，其中径向载荷是齿轮副最常见的载荷类型。

第10章　齿轮传动一、选择题1．圆柱齿轮传动，当齿轮直径不变，而减小模数时，可以（ ）。

A．提高齿轮的弯曲强度B．提高齿面的接触强度C．改善传动的工作平稳性D．增大齿轮传递的转矩【答案】C【解析】根据公式d＝mz，齿轮的直径不变，减小模数，齿数将增加，重合度增大，从而改善运动的平稳性，还能降低齿高，减小齿坯尺寸，降低加工时的切削量，有利于节省制造费用。

2．直齿圆柱齿轮与斜齿圆柱齿轮相比，其承载能力和运动平稳性（ ）。

A．直齿轮好B．斜齿轮好C．二者都一样D．随使用情况而定【答案】B【解析】与直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮啮合传动时，齿面接触线是斜直线，每对齿是逐渐进入啮合又逐渐退出啮合，因此传动更平稳，承载能力更大。

3．一对标准直齿圆柱齿轮传动，已知z1＝20，z2＝60，其齿形系数是（ ）。

A．Y F1＞Y F2B．Y F1＝Y F2C．Y F1＜Y F2D．无法确定【答案】A【解析】标准直齿圆柱齿轮中，齿数越少，齿形系数越大。

4．齿宽系数φd在（ ）情况下可取较小值。

A．齿轮在轴上为悬臂布置B．齿轮在轴上非对称布置于两轴承之间C．齿轮对称布置于刚性轴的两轴承之间D．以上三种情况下取值相同【答案】A【解析】根据齿宽系数选取表可看出，当齿轮在轴上为悬臂布置时，可以选择较小的齿宽系数。

5．为了提高齿根抗弯曲强度，可（ ）。

A．增大模数B．保持分度圆直径不变而增加齿数C．采用负变位齿轮D．保持齿数不变而减小分度圆直径【答案】A【解析】影响齿根弯曲疲劳强度的主要因素是模数，增大模数，弯曲强度提高。

6．为改善或减小齿轮的动载荷系数，可（ ）。

A．将齿轮加工成鼓形齿B．将两齿轮做成变位齿轮C．将一个齿轮的轮齿齿顶及齿根都进行修缘D．对轮齿进行螺旋角修形【答案】C【解析】修缘之后的轮齿在开始啮合阶段相啮合的轮齿的法节差减小，从而产生的动载荷减小，故可以通过修缘减小动载荷系数。

7．某场运输带由速度1440r/min的电动机通过三套减速装置来驱动，其中a．双级直齿圆柱齿轮减速器b．套筒滚子链传动c．三角带传动。

机械设计第⼗章齿轮设计课后习题答案机械设计第⼗章齿轮设计课后习题答案10-2解（1）齿轮A为主动轮，齿轮B为“惰轮”，也就是说齿轮B既是主动轮⼜是从动轮。

当齿轮B与主动轮A啮合时，⼯作齿⾯是王侧，当齿轮B与从动轮C啮合时，⼯作齿⾯是另⼀侧。

对于⼀个轮齿来讲，是双齿⾯⼯作双齿⾯受载，弯曲应⼒是对称循环，接触⼒是脉动循环，取10-3 答：齿⾯接触应⼒是脉动循环，齿根弯曲应⼒是对称循环。

在作弯曲强度计算时，应将图中查出的极限应⼒值乘以0.7. 10-4 答：⼀般齿轮材料主要选⽤锻钢（碳钢或全⾦钢）。

对于精度要求较低的齿轮，将齿轮⽑坯经正⽕或调质处理后切齿即为成，这时精度可达8级，精切合⾦钢主要是渗碳后淬⽕，最后进⾏滚齿等精加⼯，其精度可达7，6级甚或5级。

对于尺⼨较⼤的齿轮，可适⽤铸钢或球墨铸铁，正⽕后切齿也可达8级精度。

10-5提⾼轮齿抗弯疲劳强度的措施有：增⼤齿根过渡圆⾓半径，消除加⼯⼑痕，可降低齿根应⼒集中;增⼤轴和⽀承的则度，可减⼩齿⾯局部受载；采取合适的热处理⽅法使轮世部具有⾜够的韧性；在齿根部进⾏喷丸、滚压等表⾯强度，降低齿轮表⾯粗糙度，齿轮采⽤正变位等。

提⾼齿⾯抗点蚀能⼒的措施有：提⾼齿⾯硬度；降低表⾯粗糙度；增⼤润滑油粘度；提⾼加⼯、发装精度以减⼩动载荷；在许可范围内采⽤较⼤变位系数正传动，可增⼤齿轮传动的综合曲率半径。

10-6解（1）选⽤齿轮的材料和精度等级，由教材表10-1可知，⼤⼩齿轮材料均为45号钢调质，⼩齿轮齿⾯硬度为250HBS,⼤齿轮齿⾯硬度为220HBS.选精度等级为7级。

（2）按齿⾯接触疲劳强度设计。

1、⼩齿轮传递的转矩2、初选载荷系数：初选Kt=1.83、确定齿宽系数：⼩齿轮不对称布置，据教材表10-7选⽤4、确定弹性影响系数：据教材表10-6查得5、确定区域载荷系数：按标准直齿圆柱齿轮传动设计ZH=2.56、齿数⽐：7、确定接触许⽤应⼒：循环次数查教材图10-19曲线I得查教材10-21（d）得8、由接触强度计算⼩齿轮的分度圆直径齿轮的使⽤系数：载荷状况以轻微冲击为依据查教材表10-2得KA=1.25齿轮的圆周速度由教材图10-8查得：Kv=1.12对于软齿⾯齿轮，假设,由教材表10-3查得齿宽齿宽与齿⾼⽐由教材表10-4查得,由教材图10-13查得：,接触强度载荷系数：10、校正直径：取标准值m=2.5mm11、齿轮的相关参数：12、确定齿宽：圆整后，取b2=50mm,b1=55mm.(3)校核齿根弯曲疲劳强度。

2013同济大学812机械设计回忆版真题一选择题1,管螺纹的公称直径a管螺纹外径b管螺纹内径c管螺纹中径d管内径2普通粗牙螺纹M10，螺距1.5 ，1，0.75 哪一个是其螺距3小带轮包角计算公式a=180-57.3（d2-d1）/a4计算K，给出表面状态系数，表面强化系数，表面应力系数5计算滚动轴承最大受力，根据【PV】[V]，给出宽径比，直径6键的设计选择顺序，根据选类型----根据轴径选参数-轴毂选键长-校核7求斜齿轮的齿宽系数，给出一对的宽度75，80，螺旋角14还有几题忘了、二填空题1，A1400/TGB1993- 解释带的名称2动压轴承的偏心距跟随转速增大怎么变化，随受力增大怎么变化3各种材料加工条件一样的情况下斜齿轮锥齿轮直齿轮承载能力最大和最小三计算题1画出5种影响锥齿轮Yhbe系数的轴承安排变异结构图2画涡轮蜗杆-斜齿轮-锥齿轮受力方向。

（PS哈工大机械设计试题精选与答题技巧原题）3直齿轮齿条啮合，按接触强度校核直径，给出功率，主动轮转速，设计d,,m,z 4 角接触球轴承常规题，水平方向，竖直方向受力分析合成Fr,最后算寿命，给出温度系数和载荷系数，轴中间斜齿轮啮合处三个力大小给出5螺纹连接题，残余预紧力是工作载荷1.5倍，给出箱体内部压强和直径，求各种力，性能等级8.8，螺钉，按安全系数设计直径，在所给表格中选出，画受力变形图6皮带轮受力分析和10年真题相似（PS哈工大机械设计试题精选与答题技巧原题）四结构设计1，10分。

蜗杆轴比较长发热大设计轴系结构图2 20分结构改错画出正确轴系图锥齿轮精心整理出独家最全面最系统的同济大学《机械设计》专业课全套备考资料！同济大学考研初试复试考812《机械设计》这门专业课可以报考的专业：080204 车辆工程080202 机械电子工程080203 机械设计及理论080201 机械制造及其自动化082304 载运工具运用工程080703 动力机械及工程120204 技术经济及管理081103 系统工程080100 力学航空航天材料与结构设计430102 机械工程(专业学位)430135 车辆工程(专业学位)430123 交通运输工程(专业学位)430107 动力工程(专业学位)考研指定参考书目:《机械设计》（第八版）,濮良贵主编,高等教育出版社,2006 同济大学机械设计考研真题全套复习资料初试资料纸质部分1、2012-2010年同济大学硕士考试科目参考书及考试大纲2013年同济大学硕士考试科目参考书及考试大纲后期更新免费发放2011-2007年机械工程学院各专业硕士招生情况（招生人数、复试分数线）机械设计总结后期更新2013年考试大纲！2、同济大学812《机械设计》1998-2012年考研真题和答案，纸质，80页。

一、课本10-2 解：（1）B 轮是惰轮，齿根弯曲应力是对称循环变应力。

查图10-21d)，接触疲劳极限应力MPa 580lim =H σ，弯曲疲劳极限应力MPa 3084407.0=⨯=FE σ。

许用应力为：MPa 58015801][lim =⨯==S K H HN H σσ；MPa 2964.13081][=⨯==S K FE FN F σσ （2）B 轮是主动轮，齿根弯曲应力是脉动循环变应力。

查图10-21d)，接触疲劳极限应力MPa 580lim =H σ，弯曲疲劳极限应力MPa 440=FE σ。

许用应力为：MPa 58015801][lim =⨯==S K H HN H σσ；MPa 3144.1440][===S K FE FN F σσ 如齿轮的工作寿命不是无限寿命时，上述两种情况下的许用应力值均相应增大。

二、课本10-7 解：该齿轮传动的承载能力由齿面接触强度所限定。

1．计算按齿面接触强度所限定的转矩，由式（10-21）得：()2311][12⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+≤E H H d z z u K u d T σεφα1）小齿轮分度圆直径 mm 95.145229cos 246cos 11='︒⨯==βz m d n 。

2）齿宽系数 096.195.1451601===d b d φ。

3）查图10-26，765.01=αε，925.02=αε端面重合度 685.1925.0765.021=+=+=αααεεε。

4）齿数比 5.42410812===z z u 。

5）由表10-6查得材料的弹性影响系数 21MPa 8.189=E z 。

6）由图10-30查得区域系数 455.2=H z 。

7）小齿轮合金钢调质260HBS ，由图10-21d 查得小齿轮的接触疲劳极限MPa 5801lim =H σ；大齿轮碳钢调质220HBS ，由图10-21d 查得大齿轮的接触疲劳极限MPa 5202lim =H σ。