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第九章 齿轮传动设计
一、简答题
9-1 对齿轮传动的基本要求是什么?
9-2 齿轮传动常见的失效形式有那些?各种失效形式常在何种情况下发生?试对工程实际中所见到的齿轮失效的形式和原因进行分析.
9-3 齿轮传动的设计计算准则是根据什么来确定的?目前常用的计算方法有那些,它们分别针对何种失效形式?针对其余失效形式的计算方法怎样?在工程设计实践中,对于一般使用的闭式硬齿面、闭式软尺面和开式齿轮传动的设计计算准则是什么?
9-4 轮齿折断一般起始于轮齿的那一侧?全齿折断和局部折断通常在什么条件下发生?轮齿疲劳折断和过载折断的特征如何?
9-5 试分析齿面产生疲劳点蚀的原因，润滑油的存在对点蚀的形成和扩展有何影响? 9-6 为什么说齿面点蚀一般首先发生在节线附近的齿根面上，试对这一现象加以解释. 9-7 试说明齿面磨损的成因及后果,可采取哪些措施防止或减轻齿面磨损? 9-8 试说明齿面塑性变形的特征和产生的原因,如何防止或减轻齿面塑性变形? 9-9 试比较软齿面齿轮和硬齿面齿轮的工艺过程,并说明各自的适用场合及发展趋势. 9-10 在设计软齿面齿轮传动时,为什么常使小齿轮的齿面硬度高于大齿轮齿面硬度30～50HBS?
9-11 齿轮传动的效率和哪些因素有关,如何提高齿轮传动的效率?
9-12 试说明锥齿轮强度计算方法及其齿宽中点处的当量圆柱齿轮为计算基础的原因及合理性。
9-13 在进行齿轮强度计算时,为什么要引入载荷系数K?
9-14 试说明弹性系数ZE的物理意义,它如何影响齿面的接触应力?
9-15 试说明节点区域系数ZH的物理意义,它对齿面接触强度影响如何?它与齿轮的那些参数有关?
9-16 试说明齿形系数YFα的物理意义.它与齿轮的那些参数有关,是如何影响齿轮抗弯强度的?
9-17 为什么斜齿圆柱齿轮传动的强度计算中要引入螺旋角系数Zβ和Yβ,它们分别对齿轮的接触强度和抗弯强度有何影响?
9-18 一对圆柱齿轮传动,大、小齿轮齿面接触应力是否相等?大、小齿轮的接触强度是否相等?在什么条件下两齿轮的接触强度相等?
9-19 一圆柱齿轮传动,一般大、小齿轮齿根抗弯应力是否相等?大、小齿轮弯曲强度相等的条件是什么?
9-20 对于闭式软齿面、闭式硬齿面和开式齿轮传动,齿数选得太多或太少,将分别出现什么问题?设计时应分别按什么原则选取?
9-21 试分析一标准直齿圆柱齿轮传动,在中心距和传动比一定得情况下,齿数和模数的不同选择方案各有什么利弊?
9-22 在图示的内啮合直齿圆柱齿轮传动中,已知齿轮1为主动轮,齿轮2的转向如图所示.试确定齿轮1的转向,并标出啮合处两齿轮所受切向力Ft和径向力Fr的方向.
9-23 在图示的单级斜齿圆柱齿轮传动中,已知齿轮1是主动论,轮齿为右旋,齿轮2的转向如图所示.试:
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(1)确定并标出从动轮2的轮齿旋向.
(2)在啮合点处分别标出齿轮1和齿轮2所受切向力Ft、径向力Fr和轴向力Fx的方向.
题9-22图 题9-23图
9-24 在图示的齿轮传动中,已知动力从齿轮1输入,齿轮3输出,齿轮1为右旋齿轮,其转向如图所示.试:
(1)标出齿轮2和3的转向及轮齿的旋向.
(2)标出各齿轮在啮合点处所受切向力Ft、径向力Fr和轴向力Fx的方向. (3)说明中间轮2齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化特性.
题9-24图 题9-25图
9-25 在图示的正交标准直齿锥齿轮传动中,已知,模数m=3mm,齿数z1=24,z2=55,齿宽b=30mm,锥齿轮1为主动轮,其传递的功率P1=2KW,转速n1=160r/min,转向如图所示.试确定:
(1)齿轮2的转向.
(2)齿轮1和2在啮合点处所受切向力Ft、径向力Fr和轴向力Fx的方向和大小. 9-26 在图示的二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器中,已知:Ⅰ轴为输入轴,输入功率P1=10KW,转速n1=1450r/min,转向如图所示,Ⅲ轴为输出轴;高速级齿轮参数为:模数mn1=3mm,齿数z1=21,z2=52,螺旋角β1=12°7′43″,齿轮1的轮齿为右旋;低速级齿轮参数为:模数mn3=5mm,齿数z3=27,z4=54;齿轮啮合效率η1=0.98,滚动轴承效率η2=0.99,试解答:
(1)确定齿轮2、3和4的轮齿旋向,要求使Ⅱ轴上2和3齿轮的轴向力相互抵消一部分以减轻轴承所受的载荷.
(2)欲使Ⅱ轴上齿轮2和齿轮3的轴向力完全抵消,求齿轮3的螺旋角β3应为多少.
(3)在图中标出各轴转向,并求出各轴所受转矩的大小.
(3) 标出各齿轮在啮合点处所受切向力Ft、径向力Fr和轴向力Fx的方向,并求出各力的大小.
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题9-26图 题9-27图 1、2、3、4-齿轮 1、2、3、4-齿轮
9-27在图示的二级展开式斜齿圆柱齿轮减速器中,已知:动力从Ⅰ轴输入 ,Ⅲ轴为输出轴,其转动方向如图所示,齿轮4的轮齿旋向为右旋.试解答:
(1)标出输入轴Ⅰ和中间轴Ⅱ的转向.
(2)确定并标出齿轮1、2和3的轮齿旋向,要求使轴Ⅱ上所受轴向力尽可能小. (3)标出各齿轮在啮合点处所受各分力的方向. (4)画出Ⅱ轴联同齿轮2和3一体的空间受力图.
9-28 图示为二级展开式标准斜齿圆柱齿轮减速器.已知:高速级齿数z1=44,z2=94,模数mn1=2.5mm,中心距a12=175mm,齿宽b2=90mm;低速级齿数z3=40,z4=75,模数mn3=3mm,中心距a34=175mm,齿宽b4=100mm;四个齿轮的材料相同,许用接触应力分别为:σ
HP3
HP1
=σ
=550MPa, σ
HP2
=σ
HP4
=420MPa;传动的摩擦损耗忽略不计,假设两对齿轮传动的载荷系数K
相同.试解答:
(1)标出齿轮2轮齿螺旋线的旋向,以使Ⅱ轴轴承上所受轴向力小些. (2)画出轴Ⅱ联同齿轮2和3一体的空间受力图(力的作用点和方向). (3)判断哪个齿轮的接触强度最弱.
9-29 图示为圆锥—斜齿圆柱齿轮二级减速器,已知:轴Ⅰ的输入功率为P1,转速为n1,转动方向如图所示,各齿轮齿数分别为z1、z2、z3和z4;齿轮1和3的模数分别为m1和m3;锥齿轮齿宽为b.试解答:
题9-28图 题9-29图 1、2、3、4-齿轮 1、2、3、4-齿轮
(1)标出轴Ⅱ和轴Ⅲ的转动方向,并用已知条件写出各轴所受转据的表达式. (2)为使Ⅱ轴上齿轮2和3的轴向力完全抵消,试确定齿轮3和4的轮齿旋向,并用已知条件写出齿轮1的分锥角δ1和齿轮3的螺旋角β3之间的关系式.
(3)标出各齿轮在啮合点处所受切向力Ft、径向力Fr和轴向力Fx的方向. 9-30 图示为一行星轮系.已知:轮1主动,输入功率P1=2KW,转速n1=955r/min,齿轮模数m=2mm,齿数z1=20,z2=40,z3=100,要求使用寿命Lh=10000h,设机械效率为100%,求:
(1)系杆H输出转矩;
(2)齿轮2在A、B、C三点所受切向力的大小和方向;
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(3)分析齿轮2的轮齿所受弯曲应力和接触应力的循环特性; (4)齿轮1、2和3弯曲应力循环次数;
(5)若三个齿轮轮齿的材料和热处理相同,则三个齿轮轮齿的抗弯强度哪个最低?哪个最高?
题9-30图
二、选择题
9-1 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
9-2 在机械传动中，传动效率高、结构紧凑、功率和速度适用范围最广的是___. （1）带传动 （2）摩擦轮传动 （3）链传动 （4）齿轮传动 9-3 成本较高，不宜用于轴间距离较大的单级传动是___. （1）带传动 （2）链传动 （3）齿轮传动 9-4 能缓冲减振，并能起到过载安全保护作用的是___. （1）带传动 （2）链传动 （3）齿轮传动 9-5 要实现两平行轴之间的传动，可采用___.
（1）圆柱齿轮传动 （2）直齿锥齿轮传动 （3）准双曲面齿轮传动 （4）曲线齿锥齿轮传动
9-6 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 （4）准双曲面齿轮传动
9-7 要实现两交错轴之间的传动，除了采用交错轴斜齿轮传动外，还可采用___. （1）圆柱直齿轮传动 （2）曲线齿锥齿轮传动 （3）直齿锥齿轮传动 （4）准双曲面齿轮传动
9-8 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 9-9 一般参数的闭式硬齿面齿轮传动的主要失效形式是___.
（1）齿面点蚀 （2）轮齿折断 （3）齿面塑性变形 （4）齿面胶合 9-10 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 9-11 齿轮因齿面塑性变形而失效最可能出现在___齿轮传动中.
（1）高速轻载的闭式硬齿面 （2）低速重载的闭式软齿面 （3）润滑油粘度较
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