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文本内容:
中国石油大学(北京)远程教育学院期末考试《机械设计课程设计》学习中心延安姓名学号关于课程考试违规作弊的说明
1、提交文件中涉嫌抄袭内容(包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他己有论文),带有明显外校标记,不符合学院要求或学生本人情况,或存在查明出处的内容或其他可疑字样者,判为抄袭,成绩为“0”
2、两人或两人以上答题内容或用语有50与以上相同者判为雷同,成绩为“0”
3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内容与该课程要求完全不相干者,认定为“白卷”或“错卷”,成绩为“0”
(3)学号末尾数为
2、
7、9或字母的课程设计题目
1、齿轮传动的特点及使用范围有哪些?(1()分)答
1、瞬间传动比恒定,工作稳定,传动准确可靠,可传递空间任意两轴之间的运动和动力
2、适用的功率和速度范围广,功率从近于零的微小值到数万千瓦,圆周速度从很低到300m/so
3、传动效率高,n=92%-98%
4、工作可靠,使用寿命长
5、外廓尺寸小,结构紧凑齿轮传动的主要缺点是制造和安装精度要求较高,需专门设备制造,成本较高,不宜用于较远距离两轴之间的传动
2、箱体,机构架设计的一般要求有哪些?(10分)答1)可靠性在使用期内必须安全可靠,其结构应与所承受的外力相协调,能满足强度、刚度、振动稳定性、疲劳强度、热变形等方面的要求2)实用性箱体、机架是机器重要的组成部分其精度、表面粗糙度、尺寸根据该力学模型可得齿根理论弯曲应力bFo=^bm YR,为齿形系数,是仅与齿形有关而与模数m无关的系数,其值可根据齿数查表1获得计入齿根应力校正系数Ysa后,强度条件式为a F=2KT1/bmd1*YFS s240]J或k2KT/Wd ZmMs220[P]则o F1=2KTI/bmd1*YFsl=2*
1.3*
9.55*10770*3*60*
4.35=
85.7MPa[F1]o F2=2KTi/bmdi*YFS2=5]*丫⑻/丫网=
80.8Mpa[附]
三、要求
1、问答题写出要点即可,字数不超多200字
2、改错题指出错误原因,并用文字表述
2、工程设计题要从材料、精度等级选取,齿数计算,齿面接触疲劳强度校核,齿根弯曲疲劳校核等几方面设计,要求设计思路清晰,公式正确,计算参数完整结构设计及图纸绘制可省略
四、评分标准
1、问答题回答要点完整、详实;改错题指出错误处完全正确,文字说明清晰明了;工程设计思路清晰、内容完整,成绩90+
2、问答题回答要点基本完整;改错题指出错误处基本正确,文字说明基本清晰;工程设计思路清晰、主要内容完整,成绩75+
3、问答题回答要点基本完整;改错题指出错误处基本正确,文字说明基本清晰;工程设计主要内容完整,成绩60+和形位公差等技术指标必须确保机器的使用性能和使用寿命3)工艺性;结构应容易铸造或焊接,减少和防止铸造或焊接缺陷,便于加工装配和调试焊接结构应便于实现机械化、自动化焊接4)经济性要尽量减轻结构重量降低材料成本,减少能源消耗、加工工时和制造成本根据箱体、机架的不同用途,设计中对以上各项既要有所偏重,乂要统筹兼顾,要重视其外观造型设计
3、改错分析题(30分)下图为一齿轮减速器部分装配图,试指出结构不合理及错误所在(不考虑圆角和铸造斜度以及不计重复错误),并用文字说明原因例如精加工面过长且拆装轴承不便(本题至少10处错误,每指出一处错误得3分)答
1.安装轮毂的第一段轴应制有定位轴肩;
2.键槽过长安装上的键与轴承端盖干涉(相碰);
3.轴承端盖的加工面与非加工面没有区分开;
4.在轴与轴承端盖孔之间缺少密封圈;
5.在轴与轴承端盖孔之间应留有间隙
6.在轴承端盖与箱体轴承孔端面缺少调整垫片;
7.在轴与齿轮孔间缺少周向定位的键联接;
8.套筒顶不住齿轮(过定位)
9.套筒过高,轴承无法拆卸;
10.轴承安装反了;
11.轴过长且与轴承端盖相碰
4、计算题(50分)试设计一单级直齿圆柱齿轮减速器中的齿轮传动已知,用电机驱动,传递功率10KW,小齿轮转速n=10()0r/min,传动比i=4,单向运转,载荷平稳使用寿命10年提示材料、精度等级选取,齿数计算,齿面接触疲劳强度校核,齿根弯曲疲劳校核无需结构设计答
(1)选择材料与精度等级1)材料制造齿轮的材料主要是各种钢材,其次是铸铁,还有其它非金属材料;齿轮材料选用的基本原则齿轮材料必须满足工作条件的要求,如强度、寿命、可靠性、经济性等;a)钢材分锻钢和铸钢,只有尺寸较大(d400-600mm),结构形状复杂的齿轮宜用铸钢,一般都用锻钢制造齿轮软齿面齿轮经调制或正火处理后切齿,常用45,40Gr等,因此齿面硬度不高,易制造,成本低,故应用广,常用于对尺寸和重量无严格限制的场合为了使大小齿轮的寿命接近,应是小齿轮的齿面硬度比大齿轮的高出3()〜50HBS对于高速重载或重要的齿轮转动,可使用硬度齿面组合,齿面硬度可大致相同许多钢材经适当的热处理或表面处理,可以成为常用的齿轮材料;b)铸铁,由于铸铁的抗耐冲击性能都比较差,因此主要用于制造低速不重复的开式传动,功率不大的齿轮,常用材料有HT250,HT300等,常作为低速、轻载、不太重要场合的齿轮材料;c)非金属材料,对高速轻载而又要求低噪音的齿轮的齿轮传动,也可用非金属材料,加夹布胶木、尼龙等常用的齿轮材料,热处理方法、硬度,适用于高速、轻载、且要求降低噪声的场合2)热处理应考虑齿轮尺寸大小,毛坯成型方法及热处理和制造工艺;钢制软齿面齿轮,其配对两轮齿面的硬度差应保持在3()〜50HBs或更多a)表面淬火一般用于中碳钢和中碳合金钢,如
45、40Cr等,表面淬火后轮齿变形小,不可磨齿,硬度可达52〜56HRC,面硬芯软,能承受一定冲击载荷a)渗碳淬火渗碳钢为含碳量
0.15〜
0.25%的低碳钢和地碳合金钢,如
20、20c等齿面硬度达到56〜62HRC,齿面接触强度高,耐磨性好,齿芯韧性高,常用于受冲击载荷的重要传动通常渗碳淬火或要磨齿b)调质调质一般用于中碳钢和中碳合金钢,如
45、45C、35SiMn等调质处理后齿面硬度为220〜260HBS因为硬度不高,故可在热处理后精切齿形,且在使用中易于跑合c)正火正火能消除内应力、细化晶粒、改善力学性能和切削性能机械强度要求不高的齿轮可用中碳钢正火处理大直径的齿轮可用铸钢正火处理d)渗氮渗氮是一种化学处理渗氮后齿面硬度可达60〜62HBC氮化处理温度低,轮齿变形小,适用于难以磨齿的场合,如内齿轮特点及应用调质、正火处理后的硬度低,HBS350,属于软齿面,工艺简单,用于一般传动当大小齿轮都是软齿面时因小轮齿很薄,弯曲强度低,故在选材和热处理时,小轮比大轮硬度高20〜50HBS表面淬火、渗碳淬火、渗氮处理后齿面硬度高,属硬齿面其承载能力高,但一般需要磨齿常用于结构紧凑的场合所以为制造方便,才用软吃面,大小齿轮均用45钢,小齿轮调制处理,吃面硬度229〜286HBs,大齿轮正火处理,吃面硬度169〜217HBS
(2)计算过程
1、载荷系数,按表2取K=
1.3,载荷系数K原动机工作机的载荷特性均匀、轻微冲击中等冲击大冲击电动机ri.
21.2〜
1.
61.6〜
1.8多缸内燃机
1.6〜
1.
81.9〜
2.1单缸内燃机
1.6〜
1.
81.8〜
2.
02.2〜
2.4表
22、Tl=
9.55*10i*Pl/nl=
9.55*10”*15/1500=
9.55*10N.m
3、接触疲劳许用应力[1二o Hii^Zn/SH按齿面硬度中间值,如图查得i1Unl=600MPa,o inii^550MPa—球♦恸铁--*色可锻钝铁——正火处理的”倒----灰铸铁a)6)正火处理铜的的铁材料的一合金密遍质-----OHH0资—合金AMm原…“破家夕例国旗,)调度处理用的门按一年工作300天计算,应力循环次数Nl=60njlh=60*100*l*l0*300*8=
1.44*10N2=N1/i=
3.6*108由下图得接触疲劳强度寿命系数YN1=1,N2=l.06N.N
2.No=lO y按一般可靠性要求,取SH=1,则[o m]=Snirt i*ZM/Sn=600*1/1=600MPa.[o n2]=o川i成*Ze/Su=550*
1.06/1=583MPa.取[a]=583MPa
4、计算小齿轮分度圆直径,查下表3,按齿轮相对轴承对称布置取%:
1.09,Z.=
2.5,齿宽系数中产b/d.齿相对轴承位置齿面硬度350HBS350HBS对称布置
0.
81.
40.4〜
0.9非对称布置
0.6〜
1.
20.3〜
0.6悬臂布置
0.3~
0.
40.2〜
0.25表3查下表4得4=
189.8,卜/〃加齿轮材料弹性系数ZE UN/mm2齿轮材小齿钢铸钢铸铁球墨铸铁轮女钢
189.
8188.
9165.
4181.4铸钢
188.
9188.
0161.
4180.5将以上参数代入式弩尸〃d U=3A/
24.309*104*
0.772*
1.25=64取di=64mm
5、计算圆周速度V=n^^760*1000=1000*
3.14*64/60*1000=
3.35m/s.El V〈6m/s,故去8级精度合适3确定主要参数
1、齿数Z对于软尺面的闭式传动,在满足弯曲疲劳的条件下,宜采用较多齿数,一般取ZL20~
40.对于硬齿面的闭式传动,首先应具有足够大的模数既保证齿根弯曲强度为减小传动尺寸,宜取较小齿数但要避免发生根切,一般取Z尸17〜20故取Zi=20,Z2=2,1=20*4=
802、模数m.模数影响齿轮的抗弯曲强度,一般在满足齿轮弯曲疲劳强度条件下,宜取较小模数,以增大齿数,减小切齿量故m=d/z尸64/20=
3.2mm在下表5查的m=3mm•••
1.
522.534568101216第一系列2025324050…
1.
752.
252.
753.
253.
53.
754.5第二系列
5.
56.57911141822283645表
53、分度圆直径di=Zim=20*3=60mm d2=Z21n=80*3=24Omni中心距a=d,+d2/2=60+240/2=150mm
4、齿宽系数中八齿宽系数是大齿轮齿宽b和小齿轮分度圆直径小之比.增大齿宽系数,可将小齿轮传动装置的径向尺寸,降低齿轮的圆周速度常将小齿轮齿宽加大5~10nmi,但涉及计算是按大齿轮齿宽计算b
2.M-,d cl1=l.09*60=
65.4mm b2=70mm bi=75mm4校核弯曲疲劳强度
1、齿形系数丫用,查下表6得根据办、Z2得Y阳.表准处齿轮的齿形系数丫阵,及应力修正系数Ysa oZ171819202122232425丫”
2.
972.
912.
852.
802.
762.
722.
692.
652.62Ysa
1.
521.
531.
541.
551.
561.
571.
5751.
581.59Z262728293035404550Yha
2.
602.
572.
552.
532.
522.
452.
402.
352.32Ysa
1.
5951.
601.
611.
621.
6251.
651.
671.
681.70Z60708090100150200oo YFa
2.
282.
242.
222.
202.
182.
122.
122.06Ysa
1.
731.
751.
771.
781.
791.
831865.
1.97表6Y,-al=
2.80Y*l.55丫您尸Y w*Y*
4.35YF82=
2.22YS a2=
1.77YFS2=Y Fa2*Y sa2=
4.
12、弯曲疲劳许用应力[OF]=FG/SF*YX按齿面硬度中间值查图6-18得Fiimi=240Mpa FL=220Mpa.由图6-20得弯曲疲劳强度寿命系数YM=1N0=3*106,NiNo YS2=1N0=3*106,N2NO按一般的可靠性要求,取弯曲疲劳安全系数Sk1,则L°FI]二FHHI/SFI*YNI-240/1*1—240MPa[松]=Flin2/Sp2*YN2=220/1*1=220MPa
3、校核计算中等精度齿轮传动的弯曲疲劳强度计算的力学模型如下图所示。