機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)習(xí)題答案

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》部分習(xí)題答案

。緒論

1本課程研究的對(duì)象是機(jī)構(gòu)和機(jī)器。

2機(jī)械是機(jī)器與機(jī)構(gòu)的總稱(chēng)。機(jī)械就是能幫人們降低工作難度或省力的工具裝置…

3.各種機(jī)器盡管有著不同的形式、構(gòu)造和用途，然而都具有下列三個(gè)共同特征：①機(jī)器

是人為的多種實(shí)體的組合；②各部分之間具有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；③能完成有效的機(jī)械功或變

換機(jī)械能。

機(jī)器是由一個(gè)或幾個(gè)機(jī)構(gòu)組成的，機(jī)構(gòu)僅具有機(jī)器的前兩個(gè)特征，它被用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)或

變換運(yùn)動(dòng)形式。若單純從結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的觀(guān)點(diǎn)看，機(jī)器和機(jī)構(gòu)并無(wú)區(qū)別，因此，通常把機(jī)器和

機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)械。

4.在日常生活中鐐子、鉗子屬于機(jī)構(gòu)，汽車(chē)、自行車(chē)屬于機(jī)器。

任務(wù)1.1平面機(jī)構(gòu)方案分析

1.兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的聯(lián)接稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)副。運(yùn)動(dòng)副的類(lèi)型可按接觸方

式的不同分為低副和高副兩大類(lèi)。

2圖示機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

4

F=3X3-2X4=1F=3X3-2X4=1

2

F=3X3-2X4=1F=3X3-2X4=1

3.計(jì)算圖1-23平面機(jī)構(gòu)的自由度。

a)F=3X8-2X11=2

b)F=3X5-2X7=1

c)F=3X5-2X7=1

d)F=3X5-2X6-2=1

f)F=3X7-2X1O=1

4.F=3X9-2X12=1=2

需要兩個(gè)原動(dòng)件

任務(wù)1.2平面機(jī)構(gòu)方案分析

1從動(dòng)件的力F與該力作用點(diǎn)C的絕對(duì)速度七之間所夾的銳角，稱(chēng)為壓力角。

壓力角的余角,稱(chēng)為傳動(dòng)角。顯然，。愈大，,愈小，則使從動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)的有效分力"就愈小，

有害分力小就愈大，這這機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)不利。在連桿機(jī)構(gòu)中，由于。角不便于觀(guān)察和測(cè)量，

工程上常以/角來(lái)衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。因?yàn)樵跈C(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其傳動(dòng)角是變化的，為了保證

機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能良好，設(shè)計(jì)時(shí)必須規(guī)定最小傳動(dòng)角八面的下限。

2根據(jù)極限夾角公式求出K

K-\

0=180°

K+\

40=180(K-l)/(K+l)

K=1.57

K=tl/t2=10/t2

l2=6.36s

3a)40+110<70+90

曲柄為機(jī)架

雙曲柄機(jī)構(gòu)

b)45+120<70+100

曲柄為連架桿

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

c)50+100>70+60

雙搖桿機(jī)構(gòu)

d)50+100<70+90

曲柄為連桿

雙搖桿機(jī)構(gòu)

4180+400<360+290

最長(zhǎng)桿為機(jī)架有曲柄存在

最短桿為機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)

最短桿為連桿雙搖桿機(jī)構(gòu)

5.圖示

a)b)

6.

e=i8（r^!>

9計(jì)算（+1=36°

并根據(jù)滑塊行程H作出極位夾角。如圖所示。

任務(wù)2.1

1選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，應(yīng)主要考慮哪些問(wèn)題？

答：選擇從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)，首先應(yīng)考慮機(jī)械的工作過(guò)程對(duì)其提出的要求，同時(shí)乂應(yīng)使

凸輪機(jī)構(gòu)具有良好的動(dòng)力特性。

2按照從動(dòng)件的形式凸輪可以分為哪幾種？分別具有具有哪些特點(diǎn)？

答：尖頂，適合高速輕載；滾了，耐磨性好；平底從動(dòng)件，凸輪不能有凹的輪廓等。

3何謂凸輪機(jī)構(gòu)壓力角？壓力角的大小對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的作用力和傳動(dòng)有何影響？

答：凸輪的壓力角為凸輪廓線(xiàn)上傳力點(diǎn)B的法線(xiàn)與推桿（從動(dòng)件）上點(diǎn)B的速度方向所夾

的銳角。對(duì)于滾子從動(dòng)件，滾子中心可視作B點(diǎn)。

壓力角。是影響凸輪機(jī)構(gòu)受力情況的一個(gè)重要參數(shù)。在其它條件相同的情況下，a越大、

則分母越小、P力將越大c當(dāng)a增大到某一數(shù)值時(shí)，分母將減小為零，作用力P將增至無(wú)窮

大，此時(shí)該凸輪機(jī)構(gòu)將發(fā)生自鎖現(xiàn)象。而這時(shí)的壓力角我們稱(chēng)為臨界壓力角％，為使凸輪機(jī)

構(gòu)工作可靠，受力情況良好，必須對(duì)壓力角進(jìn)行限制。最基本的要求是：

4用作圖法求出下列各凸輪從圖示位置轉(zhuǎn)到B點(diǎn)接觸時(shí)凸輪的轉(zhuǎn)角。（在圖2-18上標(biāo)出）。

圖2-18

答案：略（提示：找到對(duì)用位置）

5設(shè)計(jì)一尖頂對(duì)心直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪順時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，基圓半徑ro=3Omni,從

動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律見(jiàn)下表。

(p0?90°90°?180°180°?240°240°~360c

運(yùn)動(dòng)規(guī)律等加速等減速上升停止等速下降停止

答案：略，參照本任務(wù)中例題。

6圖3-35所示為尖頂直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的位移線(xiàn)圖，但圖中給出的位移線(xiàn)圖尚不完

全，試在圖上補(bǔ)全各段曲線(xiàn)，并指出哪些位置有剛性沖擊，哪些位置有柔性沖擊。

O0

解:

123456

圖1

圖2

⑤⑥兩點(diǎn)有柔性沖擊;

③?兩點(diǎn)有剛性沖擊；

7已知一對(duì)心移動(dòng)滾子從動(dòng)件盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的基圓半徑r0=30mm,滾子半徑萬(wàn)二

8mm,從動(dòng)件的位移曲線(xiàn)如圖所示，適用圖解法設(shè)計(jì)凸輪輪廓曲線(xiàn)。

sA

任務(wù)2.2

1常用的間歇機(jī)構(gòu)有哪些?各有何特點(diǎn)？

解：常有的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)。棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)動(dòng)

可靠，在各類(lèi)機(jī)械中有較廣泛的應(yīng)用。槽輪機(jī)構(gòu)構(gòu)造簡(jiǎn)由，機(jī)械效率高，并且傳動(dòng)平穩(wěn)，因

此在自動(dòng)機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)等自動(dòng)機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。

2請(qǐng)舉出應(yīng)用上述這些間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)例。

答：棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)際案例有：起重設(shè)備棘輪制動(dòng)器。

槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用有電影放映機(jī)卷片機(jī)構(gòu)、自動(dòng)機(jī)床轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu).

任務(wù)3.1進(jìn)給系統(tǒng)連接件的設(shè)計(jì)

1、常見(jiàn)的螺紋是右旋，單線(xiàn)。單線(xiàn)螺紋螺旋升角2較小，螺絲和螺母旋合形成

的摩擦力較大，具有自鎖能力。右旋螺紋比較多是因?yàn)橛倚洗蠖嗳擞檬?/p>

習(xí)慣。

2、普通螺栓連接時(shí)，被連接件上的通孔和螺桿間留有間隙，受橫向載荷時(shí)，依

據(jù)連接摩橡力來(lái)抵抗，故承受橫向載荷能力較差。錢(qián)制孔用螺栓連接時(shí)，用

螺栓桿抵抗橫向載荷，適用于承受橫向載荷或精確固定被連接件相對(duì)位置的

場(chǎng)合。

3、普京螺栓連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，適用于被連接件不太厚和兩邊都有足夠

裝配空間的場(chǎng)合；而較制孔用螺栓連接則適用于利用螺桿承受橫向載荷或精

確固定被連接件相對(duì)位置的場(chǎng)合。雙頭螺柱連接適用于被連接零件之一太厚,

不便制成通孔，或材料比較軟且需要經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。螺釘連接適用于被連

接零件之一太厚而不需要經(jīng)常拆裝的場(chǎng)合。

4、螺紋連接的防松的方法按其工作原理可分為摩擦防松、直接鎖住和破壞螺紋

副運(yùn)動(dòng)關(guān)系三種。摩擦防松可以使用雙螺母，也可以加墊圈；直接鎖住防松

可使用開(kāi)口銷(xiāo)、槽形螺母、止動(dòng)墊圈等方法；破壞螺紋副運(yùn)動(dòng)關(guān)系防松可采

用點(diǎn)焊、膠合和沖點(diǎn)的方法。

5、根據(jù)軸的直徑d從鍵的標(biāo)準(zhǔn)中選取平鍵的寬度b和高度h,鍵長(zhǎng)L根據(jù)輪轂

長(zhǎng)度確定（一般比輪轂長(zhǎng)度短5~l（）mm）,并須符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的長(zhǎng)度系列。平

鍵連接主要失效形式是鍵、軸和輪轂中強(qiáng)度較弱的工作表面被壓潰（對(duì)靜連接）

或磨損（對(duì)動(dòng)連接）。

6、（1）選用圓頭平鍵。根據(jù)軸直徑選取平鍵尺寸，凸緣聯(lián)軸器上平鍵尺寸為：

b=20,h=12,L=100；圓柱齒輪上平鍵尺寸為:b=25,h=14,L=56°

（2）凸緣聯(lián)軸器材料為HT200,受輕微沖擊時(shí)，許用擠壓應(yīng)力在

50~60MPa范圍內(nèi)，平鍵強(qiáng)度。=59MPa,符合要求。

P

3lc-、

O=—2T=—2X之1-0-00-X-1-0--=59MB

Pdkl70XyX（100-20）id

齒輪材料為45鋼，受輕微沖擊時(shí)，許用擠壓應(yīng)力［Op］在100~120Mpa范圍

內(nèi)，平鍵強(qiáng)度。p=102.4MPa,符合要求。

2T2X1000X1()3

o

=102.4MPa

Pdkl90x-yX(56-25)

7、花鍵由于多鍵傳遞載荷，所以它比平鍵連接的承載能力高，對(duì)中性和導(dǎo)向性

好，對(duì)軸的強(qiáng)度削弱小。但花鍵的制造需要采用專(zhuān)用設(shè)備，故成本較高。

8、按銷(xiāo)的用途，可分為連接銷(xiāo)、定位銷(xiāo)和安全銷(xiāo)三種。按銷(xiāo)形狀的不同，可分

為圓柱銷(xiāo)、圓錐銷(xiāo)。

連接銷(xiāo)用于軸-轂連接，可傳遞不大的載荷，實(shí)現(xiàn)周向、軸向固定。定位銷(xiāo)用

于確定零件之間的相對(duì)位置，通常不承受載荷，數(shù)目一般為兩枚。安全銷(xiāo)用

于安全裝置中，作為過(guò)載剪斷元件。

圓柱銷(xiāo)靠過(guò)盈配合同定在孔中，若經(jīng)過(guò)多次裝拆，其定位精度會(huì)降低，因此

不宜經(jīng)常拆裝。圓錐銷(xiāo)具有1:50的錐度，安裝比圓柱銷(xiāo)方便，多次裝拆對(duì)定

位精度的影響也較小，因此常用于需多次裝拆的場(chǎng)合。

任務(wù)3.2軸承的選擇

1滾動(dòng)軸承一般由兩個(gè)套圈（即內(nèi)圈、外圈）、滾動(dòng)體和保持架等基本元件

組成。滾動(dòng)體是不可省略的關(guān)鍵冬件。球軸承的滾動(dòng)體是球形，承載能力和承受

沖擊能力小。滾子軸承的滾動(dòng)體形狀有圓柱滾子、圓錐滾子、鼓形滾子和滾針等，

承載能力和承受沖擊能力大，但極限轉(zhuǎn)速低。滾子軸承的特性：（1）有接觸角

（2）有游隙（3）一般允許有偏位角（4）極限轉(zhuǎn)速較低。

球軸承的特點(diǎn)：承載能力和承受沖擊能力小。

2解：60210/p6表示深溝軸承，寬度系列代號(hào)為0,直徑系列代號(hào)為2,內(nèi)徑

為50mm,公差等級(jí)為6級(jí)，游隙為0組。

N2312表示圓柱滾子軸承，寬度系列代號(hào)為2,直徑系列代號(hào)為3,內(nèi)徑為

60mm,公差等級(jí)為。級(jí)，游隙為0組。

70216/AC表示角接觸球軸承，寬度系列代號(hào)為0,直徑系列代號(hào)為2,內(nèi)徑

為80mm,接觸角a=25°

71311/C表示角接觸球軸承，寬度系列代號(hào)為1,直徑系列代號(hào)為3,內(nèi)徑

為55mm,接觸角a=15°

3

S,=0.68/?,=0.68x2000=1360^

邑=。68&=0.68x4000=2720N

SI、S2方向見(jiàn)圖

FA+S2=800+2720=3520N>&

軸承1"壓緊”，Al=FA+S2=3520N

軸承2“放松”，A2=S2=2720N

MP方25:

??一------------------

6

解1.選擇軸承類(lèi)型，初選型號(hào)

圓錐齒輪軸要求能調(diào)整軸向位置，同時(shí)因受有軸

向載荷，故習(xí)慣上選用角接觸向心軸承。

由手軸承壽命計(jì)算過(guò)程中要用到X、八C。，、e等參數(shù)，這些參數(shù)都要在選定軸承型號(hào)

以后才能查得。因此，可參考軸設(shè)計(jì)已確定的軸頸直徑大致范圍，在幾種軸承型號(hào)中預(yù)選，

然后對(duì)幾種方案同時(shí)進(jìn)行壽命計(jì)算，在基本額定動(dòng)載荷允許的前提下最后比較取定一種型號(hào)。

在本例題中，參考d=30mm,初選三種型號(hào)，并由手冊(cè)中摘出有關(guān)參數(shù)如下表。

判斷系數(shù)徑向系數(shù)怙向系數(shù);徑向電本額定在向基本獗定

軸承型型e；|Yj動(dòng)功荷

齡較荷Cp/N

7206ci0.46110.44:011.232300015000

3020610.3710.4；01.64320050500

303060.3110.4i011.9'5900063000

下面以30206軸承為例進(jìn)行計(jì)算。

2.徑向支反力（即軸承徑向載荷）計(jì)算

軸承2的徑向載荷

FR(L+I)-FA^-2318X(120+60)-397X—

------------------1=------------------------------=3344.7N

L120

軸承1的徑向載荷(方向如圖)

Fn=Fr2-FR=3344.7-2318=102617N

3.按壽命計(jì)算選擇軸承型號(hào)

(1)內(nèi)部軸向力計(jì)算

按表3-9公式計(jì)算軸承內(nèi)部軸向力

箝等=320.8N

=_^=33447=1()452N

2Y2x1.6

式中y值可直接從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得，30206軸承的片1.6。

(2)確定軸承的軸向載荷

由于

FS2+FA=\045.2+397=144227V>FSI=320.8N

故軸承1“壓緊”，軸承2“放松”，如圖3-49所示。

故

0=&+以=1442、

%=&=1045.2N

<5o

Q

“松”

圖3-45軸承的軸向載荷計(jì)算

(3)根據(jù)當(dāng)量動(dòng)載荷公式計(jì)算P值

因&=^i^=0.312<e=0.37

Fr23344.7

故X2=1,K,=0

Pr2=fPFr2=1.3x3344.7=434811N

又絲=^^=1.4>e=0.37

Frl10267

故

X[=04%=1.6

Prl=fp(XFri+y7;,1)=1.3X(0.4X10267+1.6x144224)=3533.74N

式中/戶(hù)為沖擊載荷系數(shù)，由表3-7取/p=L3。

(4)計(jì)算工作所需要的徑向基本額定動(dòng)載荷

由式Ca幅

滾子軸承￡=10/3。

由于兩支承點(diǎn)取同一型號(hào)軸承，故按軸承2計(jì)算

f970x20000YV，°

=4348.1lx[-16670J=36146N

30206軸承C；=36146N<C.=43200N,故能保證預(yù)期額定壽命。

4.方案比較

將另外兩種方案也分別進(jìn)行計(jì)算，三種方案結(jié)果如表:

工作所軸承具

尸「2尸”Fsz小F.2尸41PPi需基本有的基

軸承型號(hào)eY2領(lǐng)定動(dòng)本額定

NNNNNNNN栽荷動(dòng)載荷

CyNCr/N

7206C3344.711026.71337.9410.71337.911774.90.461.234348.1p986.94573623000

302063344.71026.11045.2320.81045.211442.20.371.64348.13533.73614643200

.加

303063344026.7880.2270.2880.2|1277.20.311.94348.12837.33614663000

從表列結(jié)果看，三種方案中，7206C不能保證所要求的預(yù)期壽命，其余兩種都能保證,

顯然，30206軸承更經(jīng)濟(jì)合理。

5.校核極限轉(zhuǎn)速（從略）。

任務(wù)4.1

1.軸按所受載荷的不同分為哪三種？常見(jiàn)的軸大多屬于哪種？

答：心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)軸；轉(zhuǎn)軸是機(jī)械中最常見(jiàn)的地。

2.軸設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和主要步驟是什么？

答：軸的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)主要內(nèi)容：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軸的強(qiáng)度計(jì)算。

軸設(shè)計(jì)的主要步驟：1）選擇軸的材料；2）估算軸的最個(gè)直徑；3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；4）軸的

強(qiáng)度校核；5）必要時(shí)進(jìn)行軸的剛度計(jì)算和振動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算。

3.軸上零件最常見(jiàn)的軸向定位結(jié)構(gòu)是什么？

答：（1）軸肩與軸環(huán)定位（2）套筒定位（3）軸端擋圈（4）圓錐面定位（5）圓螺母

定位（6）彈性擋圈定位。

4.軸上零件周向定位方式有哪些？各適用于什么場(chǎng)合？

答：軸上零件的周向定位常用平鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷(xiāo)聯(lián)接、過(guò)盈配合、成形聯(lián)接、

彈性環(huán)聯(lián)接等實(shí)現(xiàn)周向固定。齒輪與軸通常采用過(guò)渡配合與鍵聯(lián)接；滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈與軸采

用較緊的過(guò)渡配合；受力小或光軸上的零件可采用緊定螺釘固定；受力大且要求零件作軸向

移動(dòng)時(shí)采用花鍵聯(lián)接。

5.制造軸的材料由有幾種？若軸的剛度不夠，是否可采用高強(qiáng)度合金鋼提高軸的剛

度，為什么？

答：軸的材料主要有碳素鋼和合金鋼。若軸的剛度不夠，不應(yīng)采用高強(qiáng)度合金鋼來(lái)提高

軸的剛度。因合金鋼在常溫下的彈性模量與普通碳素鋼基本相同。而軸的剛度的主要衡量指

標(biāo)是材料的彈性模量。

6一臺(tái)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的離心水泵，功率為3kW,軸轉(zhuǎn)速為960r/min,軸的材料為45

鋼。試按強(qiáng)度要求計(jì)算軸所需的最小直徑。

解：

23

dllin>A?—=110x——mm=16.087mn

AnJ960

7圖示傳動(dòng)軸的材料為45鋼調(diào)質(zhì)，軸上裝有四個(gè)帶輪。主動(dòng)輪C輸入功率匕=65kW,

三個(gè)從動(dòng)輪分別輸出功率為以甘5kw,P?=20kW,P?=30kW,軸的轉(zhuǎn)速，2=37°r/min。

要求：

(1)作出軸的扭矩圖；

(2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算確定軸的直徑；

(3)若將圖中C、D兩輪位置互換，軸徑應(yīng)為多大。

題7圖

答案:略

8設(shè)計(jì)圖示單級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器中的低速軸。

已知：電動(dòng)機(jī)功率”=4kW,轉(zhuǎn)速7207就2改=136r/min,大齒輪分度圓直徑"=300.57

mm,齒寬與二90mm,螺旋角1=12。，法向壓力角。〃=20\要求:

(1)完成軸的全部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

(2)根據(jù)彎扭合成強(qiáng)度條件，驗(yàn)算軸的強(qiáng)度。

題8圖

解：略，請(qǐng)參照任務(wù)實(shí)施。

任務(wù)4.2

1聯(lián)軸器與離合器的功用是什么？二者有何區(qū)別？

解：聯(lián)軸器是用來(lái)聯(lián)接兩軸使其?同運(yùn)轉(zhuǎn)并傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的?種機(jī)械裝置；離合器用

于各種機(jī)械的主、從動(dòng)軸之間的結(jié)合和分離，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

聯(lián)軸器連接兩軸后一般不能分離，而離合器運(yùn)轉(zhuǎn)中就能使兩軸隨時(shí)分離和接合。

2選擇聯(lián)軸器類(lèi)型和尺寸的依據(jù)是什么？

解：類(lèi)型選擇依據(jù)：被聯(lián)接兩軸的對(duì)中性、傳遞載荷的大小和特性、工作轉(zhuǎn)速、安裝尺

寸的限制、工作環(huán)境等。

尺寸選擇依據(jù)：計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tc、軸的轉(zhuǎn)速n、被聯(lián)接地的直徑d。

3常用離合器有哪些種類(lèi)？試說(shuō)明各自特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。

解：離合器的類(lèi)型很多，常用的有牙嵌式和摩擦式兩類(lèi)。

牙嵌離合器，它由兩個(gè)端面帶牙的半離合器組成。其中一個(gè)半離合器固定于主動(dòng)軸上;

另一個(gè)半離合器用導(dǎo)向平髀（或花犍）與從動(dòng)軸聯(lián)接，并可由操縱機(jī)構(gòu)便其在軸上作軸向移

動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)兩半離合器的分離與接合。牙嵌離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外廓尺寸小，能傳遞較大的轉(zhuǎn)

矩，工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，因此應(yīng)用廣泛。但它只適宜在兩軸不回轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速差很小時(shí)進(jìn)行離合，否

則會(huì)因撞擊而斷齒。

摩擦離合器是通過(guò)主、從動(dòng)件壓緊后產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的，其特點(diǎn)是運(yùn)轉(zhuǎn)

中便于結(jié)合，過(guò)載打滑可以保護(hù)其他零件；結(jié)合平穩(wěn)，沖擊小，振動(dòng)小。但在結(jié)合和分離過(guò)

程中，摩擦盤(pán)間必然存在相對(duì)滑動(dòng)，引起摩擦盤(pán)的發(fā)熱和磨損，適用于高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的場(chǎng)

合。

4試選擇一電動(dòng)機(jī)輸出軸用聯(lián)軸器，已知電動(dòng)機(jī)功率P=40kW,轉(zhuǎn)速n=1440r/min,軸

的直徑d=45mm,載荷有中等沖擊。試選擇聯(lián)軸器的型號(hào)。

解：1）類(lèi)型選擇：為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。

2）確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩：公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩

P40

T=9550—=9550xN?m=265.28/V?m

n1440

由表4-7查得載荷系數(shù)K=L9,故得計(jì)算轉(zhuǎn)矩為：

%=K?T=1.9x71.95/V?m=504.03/V?m

3）型號(hào)選擇：從GB/T4323-2017中查得TL7型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器的公稱(chēng)扭矩為

560N-m,最大許用轉(zhuǎn)速為3600r/min,軸徑為43?48mm之間,故合用。

4）標(biāo)記：TL7聯(lián)軸器篝察GB/T4323-2017

項(xiàng)目五

任務(wù)5.1

1什么是有效拉力？什么是初拉力?他們之間有什么關(guān)系？

答：為保證帶傳動(dòng)正常工作，傳動(dòng)帶必須以一定的張緊力緊套在帶輪上。當(dāng)傳動(dòng)帶靜止

時(shí)，帶兩邊承受相等的拉力，稱(chēng)為初拉力。帶兩邊的拉力之差F稱(chēng)為帶傳動(dòng)的有效拉力。

2帶傳動(dòng)中彈性滑動(dòng)與打滑有何區(qū)別？影響打滑的因素有哪些？如何讓避免打滑？

答:彈性滑動(dòng)是帶傳動(dòng)不可避免的物理現(xiàn)象，由彈性帶引起的。打滑是由于過(guò)載引起的，

可以避免。傳動(dòng)比不準(zhǔn)確的原因是由于帶有彈性滑動(dòng)，如改變帶的材質(zhì)可以解決。

彈性滑動(dòng)和打滑是兩個(gè)截然不同的概念。打滑是指過(guò)我引起的全面滑動(dòng)，是可以避免的。

而彈性滑動(dòng)是由于拉力差引起的，只要傳遞圓周力，就必然會(huì)發(fā)生彈性滑動(dòng)，所以彈性滑動(dòng)

是不可以避免的。

避免打滑的方法：

控制工作載荷小于許用載荷。

3帶速為什么不宜過(guò)高或過(guò)低？

答：帶速過(guò)低.，所需要的帶的根數(shù)過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致每根V帶受力不均，帶速過(guò)高會(huì)引起打

滑。

4帶傳動(dòng)為什么需要張緊？張緊的方法由哪些？

答：（1）v帶工作一段時(shí)間后，就會(huì)由于塑性變形而松弛，有效拉力降低，為了保證

帶傳動(dòng)的正常工作，應(yīng)定期張緊。（2）滑道式定期張緊、擺架式定期張緊、利用自身重量

的自動(dòng)張緊、調(diào)位式內(nèi)張緊輪張緊等。

5某V帶傳動(dòng)傳遞的功率P=l（）kW,帶速u(mài)=lZ5m/s,緊邊拉力是松邊拉力的3倍，求該

帶傳動(dòng)的有效拉力%及緊邊拉力耳。

解：由P=（玲*v）/1000得出：4）竿=800N（1）

心二后一尸2（2）

Fi=3F2（3）

由⑴（2）（3）式解得：Fi=1200N,F2=400N

6某機(jī)床上的V帶傳動(dòng)用三相交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y160M-4,其額定功

率為UkW,轉(zhuǎn)速〃|二1460”血心傳動(dòng)比，=2.5,中心距a7（XX）1nln,雙班制工作，載荷平

穩(wěn)，從動(dòng)帶輪的孔徑刈=70mm。試設(shè)計(jì)此普通V帶傳動(dòng)。

答：參考教材中任務(wù)實(shí)施。

5.2鏈傳動(dòng)

1鏈傳動(dòng)的主要工作特點(diǎn)。

答：（1）平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，沒(méi)有彈性滑動(dòng)；

（2）可以在環(huán)境惡劣的條件下工作（突出優(yōu)點(diǎn)）；

（3）中心距大，傳遞動(dòng)力遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)較小，沒(méi)有初拉力壓軸力?。?/p>

（4）瞬時(shí)傳動(dòng)比不準(zhǔn)，工作中有沖擊和噪聲；

（5）只限于平行軸之間的傳動(dòng)，不宜正反轉(zhuǎn)工作。

2鏈傳動(dòng)的主要失效形式有哪些？

答：常見(jiàn)的鏈傳動(dòng)失效形式有：1）鏈板的疲勞斷裂；2）滾子和套筒的疲勞點(diǎn)蝕；3）鏈

條脫落；4）鏈條過(guò)載磨損；5）鏈輪齒面磨損。

3鏈傳動(dòng)的張緊應(yīng)該如何正確布置？

答：張緊方法：

（1）通過(guò)調(diào)整鏈輪中心距來(lái)張緊鏈輪；

（2）拆除1~2個(gè)鏈節(jié)，縮短鏈長(zhǎng)，使鏈張緊；

（3）使用張緊輪張緊，當(dāng)兩鏈輪中心連線(xiàn)傾角大于6。。時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置張緊裝置.，張緊輪

常設(shè)置在鏈條松邊外側(cè)或內(nèi)側(cè)。

張緊最常用的方法是通過(guò)移動(dòng)鏈輪的位置以增大兩輪的中心距，當(dāng)中心距不可調(diào)時(shí)，可設(shè)

張緊裝置張緊，常用張緊方法：（1）張緊輪張緊（2）托板張緊。

4設(shè)置一輸送裝置用的鏈傳動(dòng)。己知鏈傳動(dòng)傳遞的功率P=7.5kw,主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速叫=

97Qr/minf從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為小=320r/min,工作狀況系數(shù)KA=1.5,中心距a<650mm

（可以調(diào)節(jié)）。

答：略,參考教材例57。

任務(wù)6.1直齒圓柱齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件是什么？

解：<1）兩齒輪的模數(shù)必須相等，即叫=m2。

（2）兩齒輪分度圓上的壓力角必須相等，即&=a2o

2.什么叫模數(shù)？模數(shù)大小對(duì)齒輪傳動(dòng)有什么影響？

解：（1）齒距p除以圓周率n所得的商稱(chēng)為模數(shù)，用m表示。

（2）齒數(shù)相等的齒輪，模數(shù)越大，齒輪尺寸就越大，輪齒的厚度也越大，承載能

力越強(qiáng)，當(dāng)齒數(shù)相同時(shí)，模數(shù)越小，分度圓直徑越小，輪齒的厚度也越小，分度圓直徑相等

的齒輪，模數(shù)越大，承載能力也越強(qiáng)，當(dāng)齒輪的分度圓直徑相同時(shí)，模數(shù)越大，齒數(shù)越少，

輪齒的厚度越大。

3.齒輪傳動(dòng)的基本要求是什么？

解：（1）傳動(dòng)平穩(wěn)：要求瞬時(shí)傳動(dòng)比不變，盡量減小沖擊、振動(dòng)和噪聲。

（2）承載能力高：要求在尺寸小、重量輕的前提下，輪齒的強(qiáng)度高，耐磨性好，

在預(yù)定的使用期限內(nèi)不出現(xiàn)斷齒等失效現(xiàn)象。

4.齒輪傳動(dòng)與其他機(jī)械傳動(dòng)相比特點(diǎn)有哪些？試舉出現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用齒輪傳動(dòng)的實(shí)例。

解：齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊，功率、尺寸和速度適用范

圍廣等。缺點(diǎn)是：齒輪制造需專(zhuān)用機(jī)床和設(shè)備，成本較高；精度低時(shí)，振動(dòng)和噪聲較大；不

宜用于軸間距離大的傳動(dòng)等。

應(yīng)用實(shí)例：機(jī)床主軸的變速箱，汽車(chē)的變速箱及轉(zhuǎn)向用的齒輪傳動(dòng)，機(jī)械式手表的齒輪

傳動(dòng)，機(jī)床分度機(jī)構(gòu)的蝸桿傳動(dòng)，各種減速器的齒輪傳動(dòng)。

5.齒輪傳動(dòng)常見(jiàn)的失效形式有哪些？分析各種失效形式常在何種情況下發(fā)生及原因？

解：齒輪傳動(dòng)的失效可分為兩類(lèi)：輪齒折斷和齒面失效。輪齒折斷又分為過(guò)載折斷和疲

勞折斷，過(guò)載折斷主要發(fā)生于脆性材料，疲勞折斷是因?yàn)檩d荷的多次重更作用，彎曲應(yīng)力超

過(guò)彎曲疲勞極限時(shí)發(fā)生；齒面失效分為：齒面磨損、齒面膠合、齒面塑性變形。齒面磨損多

發(fā)生在開(kāi)式傳動(dòng)的齒輪，齒面點(diǎn)蝕是閉式軟齒面?zhèn)鲃?dòng)的主要失效形式，齒面膠合多發(fā)生在高

速重載傳動(dòng)中，低速重載傳動(dòng)中，由于齒面間的潤(rùn)滑油膜不易形成也可能產(chǎn)生膠合破壞。齒

面塑性變形多發(fā)生在過(guò)載聲重和啟動(dòng)頻繁的傳動(dòng)中。

6.軟齒面（HBSW350）的閉式齒輪和硬齒面（JIBS>350）的閉式齒輪的主要失效形式是

什么？在設(shè)計(jì)上有何不同的特點(diǎn)？

解：軟齒面（HBSW350）的閉式齒輪傳動(dòng)，因?yàn)辇X面比較軟，因此主要失效形式是：齒

面疲勞點(diǎn)蝕，為J'防止齒面疲勞點(diǎn)蝕，應(yīng)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，但是還有輪齒折斷的可

能性，因此，還要按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。

硬齒面（HBS>350）的閉式齒輪傳動(dòng)，因?yàn)辇X面比較硬，抗疲勞點(diǎn)蝕的能力比較強(qiáng)，所

以主要失效形式為輪齒折斷，為了防止輪齒折斷，應(yīng)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；但是還有可

能發(fā)生齒面疲勞點(diǎn)蝕，因此還應(yīng)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核。

7.選擇齒輪材料時(shí)，應(yīng)考慮哪些主要因素？對(duì)齒輪可料的性能要求怎樣？

解：考慮齒輪的失效主要發(fā)生在齒面和齒根，因此對(duì)齒輪材料的基本要求是：齒面有一

定的硬度，以獲得較高的抗點(diǎn)蝕、磨粒磨損、膠合和抗塑性流動(dòng)的能力；輪齒芯部有足夠的

強(qiáng)度和韌性以獲得足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度。此外，還應(yīng)該考慮機(jī)械加工和熱處理的工藝性，以

及經(jīng)濟(jì)性要求。

8.根據(jù)哪些因素來(lái)決定齒輪的結(jié)構(gòu)形式？常見(jiàn)的齒輪結(jié)構(gòu)形式有哪幾種？它們分別應(yīng)

用于何種場(chǎng)合？

解：根據(jù)齒輪直徑的大小確定齒輪的結(jié)構(gòu)形式。結(jié)構(gòu)形式包括：齒輪軸，實(shí)心結(jié)構(gòu)齒輪，

腹板式結(jié)構(gòu)齒輪，輪輻式結(jié)構(gòu)齒輪，組合式結(jié)構(gòu)齒輪。對(duì)于直徑較小的鋼制齒輪，當(dāng)圓柱齒

輪齒根圓到鍵槽底部的距離e<2m,（mt為端面模數(shù)），及錐齒輪按小端尺寸計(jì)算而得的e<1.6

小時(shí)，可將齒輪和軸做成齒輪軸；當(dāng)齒頂圓直徑daWl60mm時(shí)，齒輪可做成的實(shí)心結(jié)構(gòu)（在

航空工業(yè)產(chǎn)品中也有做成板板式結(jié)構(gòu)的）；當(dāng)齒頂圓直徑da<500mm時(shí),，齒輪可以是鍛造的，

也可以是鑄造的，并采用腹板式結(jié)構(gòu)或孔板結(jié)構(gòu)：當(dāng)頂圓直徑400nlmWdaW1000mm時(shí)，齒輪

常用鑄鐵或鑄鋼制成，并采用輪輻式結(jié)構(gòu)。有時(shí)為了節(jié)約貴重金屬，對(duì)于大尺寸的圓柱齒輪

可采用組裝結(jié)構(gòu)，即齒圈采用貴重金屬制造，齒芯可用鑄鐵或鑄鋼。

9.標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，在中心距和傳動(dòng)比一定的情況下，齒數(shù)和模數(shù)的不同選擇方

案各有何利弊？

解：在中心距和傳動(dòng)比一定的情況下，即兩齒輪的分度圓直徑為定值，對(duì)于閉式軟齒面

傳動(dòng)，在傳動(dòng)尺寸不變并滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度的前提下，可適當(dāng)增加齒數(shù)，減小模數(shù)，則齒頂高，

頂圓直徑減小，省材、減小加工工時(shí)。另外重合度增加，傳動(dòng)平穩(wěn)。對(duì)于開(kāi)式傳動(dòng)，則應(yīng)選

擇大模數(shù)，少齒數(shù)，以提高輪齒的抗彎能力。

10.已知相互嚙合的一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，z,=20,Z2=50,a=140mm,試計(jì)算這對(duì)齒輪

的分度圓直徑d、齒頂圓直徑比、齒根圓直徑由、齒頂高人、齒高h(yuǎn)、齒距p、齒厚s和槽

寬e。

解：〃=也上2

2

2xa2x140.

m=-----=-------=

Zj+z220+50

4=mz]=4x20=80mw

cl2-rnz2=4x50=200irun

da】=〃Z（Z[+2）=4x（20+2）=SSnvn

da2=m（z2+2）=4x（50+2）=208mm

df1-2.5)=4x(20—2.5)=70//vw

df2=m(z2-2.5)=4x(50-2.5)=190〃w?

八八=hf2=1.25m=1.25x4=5mm

h}=fly=2.25/??=2.25x4=9mm

Pi=p2=勿〃=3.14x4=12.56〃〃〃

S[=52=(?!==y=-6.28〃"〃

11.某工人進(jìn)行技術(shù)革新，找到兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪，測(cè)得小齒輪的齒頂圓直徑為

115mm：因大齒輪太大，只測(cè)出其齒高為11.25mm；兩齒輪的齒數(shù)分別為21(小齒輪)和

98(大齒輪)。試分析判斷的齒輪是否能正確嚙合。

解：da=d+2ha=m(z+2)

%—U5

機(jī)小=5mm

z小+221+2

h=ha+hf=2.25m

砥、11.25

m大=5mm

2.252.25

機(jī)大二風(fēng)卜

兩齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)直齒員1柱齒輪

。大二。小

綜合可得：兩齒輪能正確嚙合。

12.有一閉式齒輪傳匆，滿(mǎn)載工作幾個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)硬度為200—240HBS的齒輪工作表面

上出現(xiàn)小的凹坑。試問(wèn)：

(1)這是什么現(xiàn)象？

(2)如何判斷該齒輪是否可以繼續(xù)使用？

(3)應(yīng)采取什么措施？

解：(1)此齒輪傳動(dòng)為閉式軟齒面，易發(fā)生點(diǎn)蝕，在工作較短的時(shí)間內(nèi)已開(kāi)始產(chǎn)生齒面

疲勞點(diǎn)蝕，但因“出現(xiàn)小的凹坑”，故屬于早期點(diǎn)蝕。

(2)若早期點(diǎn)蝕不再發(fā)展成破壞性點(diǎn)蝕，該齒輪仍可繼續(xù)使用。

(3)采用高粘度的潤(rùn)滑油或加極壓添加劑，均可提高齒輪的抗疲勞點(diǎn)蝕的能力。

13.如圖6-56中的齒輪2、4和5的分度圓圓周力的方向：

(1)當(dāng)2和4為主動(dòng)輪時(shí)；

(2)當(dāng)1和5為主動(dòng)輪時(shí)；

(3)當(dāng)1輪為主動(dòng)時(shí)，2輪的齒的穹曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力的變化性質(zhì)；若2輪為主動(dòng)輪時(shí)

又如何？

圖6-56齒輪傳動(dòng)筒圖

解：(1)當(dāng)2和4為主動(dòng)輪時(shí)，齒輪2、4和5的分度圓圓周力的方向如圖所示；

(2)當(dāng)1和5為主動(dòng)輪時(shí)，如圖所示；

(3)當(dāng)1為主動(dòng)輪時(shí)，1輪每轉(zhuǎn)一周，2輪同側(cè)齒面嚙合一次，彎曲應(yīng)力按對(duì)稱(chēng)循環(huán)變化，

接觸應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，當(dāng)2輪為主動(dòng)輪時(shí)，2輪每轉(zhuǎn)一周，同側(cè)齒面嚙合兩次，彎曲應(yīng)

力按脈動(dòng)循環(huán)變化，接觸應(yīng)力也按脈動(dòng)循環(huán)變化。

圖1

圖2

14.有一對(duì)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，m=2mm,z.=50,z2=200,b=75mm；若用另一對(duì)齒輪

m=4mm,Zi=25,Z2=100,b=75mm代替之，當(dāng)載荷及其他條件相同時(shí)，試問(wèn)：

(1)兩對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度是否相同？

(2)兩對(duì)齒輪的穹曲強(qiáng)度是否相同？

解：(1)兩對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度比較：

因?yàn)榈谝粚?duì)齒輪的中心距為

4+4,m(z.4-z,)2x(50+200)

a,=-----=---!----=------------mm=250〃”〃

1909

第二對(duì)齒輪的中心距為

4+乩加(Z]+Z1)4x(25+100)

a.=—----=---!———=------------mm=250/陽(yáng)〃

222

兩對(duì)齒輪的中心距相等，因此兩對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度用同。

(2)兩對(duì)齒輪的彎曲強(qiáng)度比較：

因?yàn)閺澢趶?qiáng)度取決于模數(shù)，因?yàn)閮蓪?duì)齒輪的模數(shù)不相等，因此彎曲疲勞強(qiáng)度不等。

第一對(duì)齒輪的模數(shù)為2mm，第二對(duì)齒輪的模數(shù)為4mm，因此第二對(duì)齒輪的抗彎強(qiáng)度高。

15.圖6—57所示輪系中，五個(gè)齒輪的材料、熱處理、幾何參數(shù)均相同，2輪為主動(dòng)。

試分析說(shuō)明：

(1)哪個(gè)齒輪可能首先出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕?

(2)哪個(gè)齒輪可能首先出現(xiàn)疲勞斷齒？

圖6—57五個(gè)齒輪傳動(dòng)示意圖

解：(1)2齒輪可能首先出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕：因?yàn)?齒輪每轉(zhuǎn)一周，同一個(gè)齒面接觸兩次，

循環(huán)次數(shù)多；而齒輪3、4每轉(zhuǎn)一周同一個(gè)齒面接觸一次，循環(huán)次數(shù)少，不易出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕。

(2)3和4齒輪可能首先出現(xiàn)疲勞斷齒：因?yàn)?和4齒輪每轉(zhuǎn)一周，同一個(gè)齒的齒根

受到的彎曲應(yīng)力的應(yīng)力變化性質(zhì)為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力(兩個(gè)接觸點(diǎn)分別受彎曲拉應(yīng)力與彎曲壓

應(yīng)力)，而齒輪每轉(zhuǎn)一周，同一個(gè)齒輪的齒根雖然也受兩次彎曲，但

0dmax2皿2

是齒根受到的彎曲應(yīng)力的應(yīng)力變化性質(zhì)為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力(因?yàn)閮蓚€(gè)接觸點(diǎn)分別受彎曲拉應(yīng)

力)，因此仆二工5二則所以3和4齒輪可能首先出現(xiàn)疲勞斷齒。

a22W

16.某傳動(dòng)裝置采用一對(duì)閉式軟齒面標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱法輪，齒輪參數(shù)均Zi=20,Z2=54,nF4mnio

加工時(shí)誤將箱體孔距鎮(zhèn)大為蘇a'=150mm。齒輪尚未加工，應(yīng)采取何種方法進(jìn)行補(bǔ)救？新方

案的齒輪強(qiáng)度能滿(mǎn)足要求嗎？

解：標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的中心

a=m(Z]+z2)/2=[4x(20+50)/2卜"〃=148nun

可補(bǔ)救

(1)將齒輪改為斜齒輪，使中心距為

a=+z2)/2(cos力)=4x(20+54)/2(cos￡)=15()〃〃〃

co騙=4/d=148/150=0.9867

?=9.367。=9。22'01〃

通過(guò)調(diào)整夕角，中心距達(dá)到150mm,用斜齒代替直齒，新方案不僅強(qiáng)度有所提高，而且

傳動(dòng)性能也有所改善。

(2)或者采用正變位齒輪(內(nèi)+%>0)，同樣可使而仍用直齒輪，選

用合適的變位系數(shù)玉與毛值，同樣可達(dá)到d=150〃〃％。此時(shí)，減少，接觸疲勞強(qiáng)度可提

高。

任務(wù)6.2其他齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)

1.簡(jiǎn)述斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)。

解：（1）傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力強(qiáng)。

（2）傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生軸向力。

（3）不能用于滑移變速機(jī)構(gòu)。

2.簡(jiǎn)述蝸桿和蝸輪旋向的判定方法。

解:蝸桿和蝸輪旋向的判定方法用右手定則:手心對(duì)著自己，四指順著蝸桿或蝸輪軸線(xiàn)方

向擺正，若齒向與右手拇指指向一致，則該蝸桿或蝸輪為右旋，反之則為左旋。

3.直齒錐齒輪的模數(shù)以什么為標(biāo)準(zhǔn)？正確嚙合的條件是什么？

解：直齒錐齒輪的模數(shù)以大端端面模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。

正確嚙合的條件是：兩齒輪的大端模數(shù)相等，兩齒籠的大端壓力角相等。

4.比較直齒和斜齒圓柱齒輪強(qiáng)度計(jì)算的不同點(diǎn)？

解：直齒輪為端面曲率Pl、P2,斜齒輪為齒廓嚙合點(diǎn)的法向曲率半徑Pnl、Pn2；斜齒

輪接觸線(xiàn)總長(zhǎng)度隨嚙合位置不同而變化，其值同時(shí)受端面重合度￡0縱向重合度與￡B的共同

影響，可引入重合度系數(shù)Z,加以修止；接觸線(xiàn)傾斜有利于提高接觸疲勞強(qiáng)度，用螺旋角系

數(shù)4=而彳進(jìn)行修正。

5.說(shuō)明錐齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法以其齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量圓柱齒輪為計(jì)算基礎(chǔ)的原因及合理

性？

解：將錐齒輪齒寬中點(diǎn)處的背錐展成平面扇形，并取錐齒輪平均模數(shù)機(jī)m”和標(biāo)準(zhǔn)壓力

角a,將兩扇形補(bǔ)足為完整的圓柱齒輪，該直齒圓柱齒輪即為齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪，補(bǔ)齊

后的齒數(shù)為當(dāng)量齒數(shù)。直齒錐齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度與齒寬中點(diǎn)處的直齒圓柱齒輪等強(qiáng)度，計(jì)算可

依據(jù)其齒寬中點(diǎn)的當(dāng)量齒輪套用直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式得到。這樣是合理的，因?yàn)殄F

齒輪大端與小端的分度圓直徑、模數(shù)不相等，因此接觸與彎曲強(qiáng)度不等，采用齒輪中點(diǎn)處的

分度圓直徑及模數(shù)進(jìn)行計(jì)算，即采用了平均的方法，是合理的。

6.為什么斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算中要引入螺旋角系數(shù)4,=新而和YP?它們分

別對(duì)齒輪的接觸強(qiáng)度和抗穹強(qiáng)度有何影響？

解：斜齒圓柱齒輪齒是螺旋線(xiàn)，因而接觸線(xiàn)傾斜，接觸線(xiàn)長(zhǎng)了，單位齒寬的我荷減小，

彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力比直齒輪有所降低，接觸強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度提高，引進(jìn)螺旋角系數(shù)丫3（或

ZO對(duì)彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力加以修正。

7.試述齒形系數(shù)YF.的物理意義，齒形系數(shù)與哪些因素有關(guān)？為什么匕,與模數(shù)無(wú)關(guān)？同

一齒數(shù)的斜齒圓柱齒輪和桂齒輪的丫隹值是否相同？

解：齒形系數(shù)YH,的物理意義是：表示輪齒的幾何形狀對(duì)抗彎能力的影響系數(shù)，根據(jù)公

6/

—cos%

式-------,齒形系數(shù)無(wú)量綱，又根據(jù)齒根彎曲應(yīng)力的公式

（一）~cosa

m

。/=孚_/,工,匕（口］/，齒形系數(shù)越小，齒根受的彎曲應(yīng)力就越小，因此抗彎強(qiáng)度

ba{m

越高。齒形系數(shù)YFH與齒數(shù)Z、變位系數(shù)X有關(guān)，（因?yàn)辇X數(shù)z、變位系數(shù)X影響齒輪的形狀），

與m無(wú)關(guān)；齒數(shù)相同的斜齒輪和錐齒輪的木不同，因?yàn)樾饼X輪、錐齒輪的也應(yīng)按當(dāng)量齒數(shù)

查出，而當(dāng)量齒數(shù)和齒數(shù)的值是不同的。

8.兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)中，若一級(jí)為斜齒，另一級(jí)為直齒，試問(wèn)斜齒圓柱齒輪應(yīng)置于高速

級(jí)還是低速級(jí)？為什么？若為直齒錐齒輪和圓柱齒輪所組成的兩級(jí)傳動(dòng)，錐齒輪應(yīng)置于高速

級(jí)還是低速級(jí)？為什么？

解：（1）在兩級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)中，斜齒輪應(yīng)置于高速級(jí)，主要因?yàn)楦咚偌?jí)的轉(zhuǎn)速高，

用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)工作平衡，在公差等級(jí)相同時(shí)，允許傳動(dòng)的圓周速度較高；在忽略摩擦

阻力影響時(shí)，高速級(jí)小齒輪的轉(zhuǎn)矩是低速級(jí)小齒輪轉(zhuǎn)矩的l/i（i是高速級(jí)的傳動(dòng)比），其軸

向力小。

（2）由錐齒輪和圓柱齒輪組成的兩級(jí)傳動(dòng)中，錐齒輪一般應(yīng)置「高速級(jí)，主要因?yàn)楫?dāng)

傳遞功率一定時(shí)，低速級(jí)的轉(zhuǎn)矩大，則齒輪的尺寸和模數(shù)也大，而錐齒輪的錐距R和模數(shù)m

大時(shí)，則加工困難，或者加工成本大為提高。

9.按加工工藝方法不同，圓柱蝸桿有哪些主要類(lèi)型?各用什么代號(hào)表示？

解:按加工工藝方不同圓柱蝸桿可分為:阿基米德蝸桿（ZA蝸桿），漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿（ZI蝸桿）,

法向直席蝸桿（ZN蝸桿），錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。

10.蝸桿傳動(dòng)具有哪些特點(diǎn)？它為什么要進(jìn)行熱平衡計(jì)算？熱平衡計(jì)算不合要求時(shí)怎么

辦？

解:蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低和在一定條件下能自鎖等優(yōu)

點(diǎn)而獲得廣泛的應(yīng)用。但蝸桿傳動(dòng)在嚙合平面間將產(chǎn)生很大的相對(duì)滑動(dòng)，具有摩擦發(fā)熱大，

效率低等缺點(diǎn)。

正是由于存在上述的缺點(diǎn)，故需要進(jìn)行熱平衡計(jì)算。當(dāng)熱平衡計(jì)算不合要求時(shí)，可采取

如下措施:①在箱體外壁增加散熱片以增大散熱面積；②在蝸桿軸端設(shè)置風(fēng)扇以增大散熱系

數(shù);③若上述辦法還不能滿(mǎn)足散熱要求，可在箱體油池中裝設(shè)蛇形冷卻管，或采用壓力噴油

循環(huán)潤(rùn)滑。

11.已知與齒條嚙合的齒輪轉(zhuǎn)速n=100r/min,齒輪齒數(shù)z=20,模數(shù)m=3mm,求齒條的移動(dòng)

速度。

解：V—%血］=nl7uiizl=100x3.14x3x20=18840mm/nin

12.分析題圖6-86中的斜齒輪1和2上的圓周力”、徑向力Fr和軸向力Fa的方向，

1）當(dāng)1輪為主動(dòng)，齒的方向和轉(zhuǎn)向如圖中所示；

2）1輪主動(dòng)，齒向與圖示相反；

3）2輪主動(dòng)，其他條件與1）相同；

4）轉(zhuǎn)向與圖示相反，其他條件與1）相同。

圖6-86斜齒輪傳動(dòng)示意圖

解：答案1、答案2、答案3、答案4如圖所示。

答案1

答案3

13.如圖6-87所示一對(duì)斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，由強(qiáng)度設(shè)計(jì)得：?jiǎn)?3麗，z尸25,z*75,

/?=8°0634"o已知：傳遞的功率P.=70kW,轉(zhuǎn)速m=750rpm°求從動(dòng)輪所受各分力（忽略摩

擦損失），并在圖中示出各分力的方向。

主動(dòng)

圖6-87斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)示意圖

解：T.=9.55x106=9.55x106x—N-nun=8.9x105-nun

%75()

SA二3x25

nun=75J6mm

4=cos/3cos8006,34ff

「并寫(xiě)普N=23495N

w

Fa=F^np=(23530.36xtan8°0634)^=3348N

Fr=Etan%/cos//=(23530.36xtanZO^cosSWS^)^=8638N

14.如圖6-88所示一對(duì)直齒錐齒輪傳動(dòng)。已知m=3mm,的Zi=24,z2=48,b=25mm,I軸

輸入功率為Pi=2kW,由m=160r/min,試確定齒輪嚙合處作用力的大小及方向（以分力的形式

求解）。

圖6-88直齒錐齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)示意圖

解：①求輸入扭矩

T,=9.55x1064=9.55xl06x—A^.nun=1.194xl05^-nun

n}160

②求各分力

大小齒輪的圓周力為

F—27；

”（1-0.5心）4

2xl.l94xl05

N=3902N=/

(1-0.5x0.3)x(3x24)

小齒輪的徑向力和大齒輪的軸向力為

tantJ,=1=—!—=——=0.5

1u48/24

I

G=arctan—-——=arctan0.5

uz2/z,48/24

Fri=E|tanacosR=3902xtan20°xcos(arctan0.5)N=1270N=-Fa2

小齒輪的軸向力和大齒輪的徑向力為

o

=Ejanasina=3902xtan20xsin(arctant5>))N=638^=-Frl

③各分力的方向如圖所示。

電II

15.電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，如圖6-89所示，已知模數(shù)加=8mm,蝸桿直徑

系數(shù)9=8,蝸桿頭數(shù)4=2,蝸桿齒數(shù)22=80,蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩72=2.5、0%.皿1,蝸桿

轉(zhuǎn)速％=1450r/min，蝸桿材料為45鋼，齒面硬度>45HRC,蝸輪材料鑄造錫青銅，試求：

①蝸桿的旋向:②蝸輪的轉(zhuǎn)向;③該傳動(dòng)的咽合效率和總效率;④作用在蝸桿、蝸輪上的力的

作用點(diǎn)，大小和方向(用三個(gè)分力表示)在圖中標(biāo)出。

圖6-89普通圓柱蝸桿傳動(dòng)示意圖

解:①蝸桿的旋向應(yīng)與蝸輪一致，為右旋，標(biāo)在圖上。

②蝸輪轉(zhuǎn)向〃2如圖所示，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

③蝸桿傳動(dòng)的嚙合效率和總效率

，

jnnqLn,L4x8x8x1450.”

W二——--=---------------------m/s=4.8m/s

1000x601000x601000x60

,2

/=arctan—=arctan—=14°2fl0”

/q8

匕=-^-

cos/cosl402'10〃

tan/_lan1402'10"

嚙合效率

o,rz=0.914

tan(/+pv)-tan(142104-I016)

傳動(dòng)總效率rj=7%%=0.914x1x0.95=0.868（取攪油效率％=1,滾動(dòng)軸承效率

%=0.95）

④受力分析:受力點(diǎn)及三個(gè)分力的方向如圖所示。

由于刀為蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩，則

T_ZT_2x2.50xlQ6

期桿轉(zhuǎn)矩2}2N?mm

而一石一80x0.868

=7.2x1O,N.mm（或用小代入也可）

作用在蝸桿和蝸輪上的作用力的大小為

27；27；2x7.2xl04..”（八浦

T.=1力=-L=―L=--------N=2250N

"*4，nq8x8

9=2=2x2.5x106N"8|2N

T,2=TaX=

cl2mZ28x80

Frl=Fr2=7%tana=(7812xtan200)N=2843N

任務(wù)6.3輪系分析與應(yīng)用

1.什么是輪系？輪系在實(shí)際應(yīng)用中有哪些特點(diǎn)？

解：由一系列相互嚙合的齒輪所組成的傳動(dòng)系統(tǒng)稱(chēng)為輪系。