中国石油大学远程教育学院《机械设计课程设计》.doc

期末考试

《机械设计课程设计》

学习中心： __江苏岳王镇成人教育中心校奥鹏学习中心[21]_

姓名： ___陈明磊 _____学号：__936001__

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、报刊杂志及其他已有论文），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%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”。

一、题型

课程设计，包含问答题、改错分析题型及设计计算题，问答题共 2 题，每题10 分，共 20 分；改错题 1 题，共 30 分；设计计算题 1 题，共 50 分。

二、题目

（1）学号末尾数为1、3、5 的课程设计题目

1、对轴瓦材料主要有哪些要求（10 分）

答：（ 1）对轴瓦的材料主要要求包括： 1 ）良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性；

2）良好的跑合性、顺应性、嵌藏性和塑性； 3 ）足够的抗压强度和疲劳强度； 4 ）良好的导热性和加工工艺性； 5 ）热膨胀系数低、耐腐蚀；

2、传动齿轮设计时，如何确定齿轮的结构参数。（10分）

答：通过齿轮传动的强度计算，确定出齿轮的主要尺寸（如齿数、模数、齿

宽、螺旋角、分度圆直径等），齿圈、轮辐、轮子毂等的结构形式及尺寸大小，

通常由结构设计而定，而不进行强度计算。

齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求

及经济性等因素有关。进行齿轮的结构设计时，必须综合地考虑上述各方面的因

素。通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据荐用的经验数据，进行结构设计。

对于直径很小的钢制齿轮，若齿根圆到键槽底部的距离较小时，应将齿轮和轴做成一体（称为齿轮轴）。

当齿顶圆直径小于 160mm时，一般做成实心结构的齿轮。但航空产品中的齿轮，也有做成腹板式的。

当齿顶圆直径小于 500mm时，宜做成腹板式结构，腹板上开孔的数目

按结构尺寸大小及需要而定。

当齿顶圆直径大于 400mm而小于 1000mm时，一般应做成轮辐截面为

十字形的轮辐式结构的齿轮。

为了节约贵重金属对于尺寸较大的圆柱齿轮，可做成组装齿圈式的结构。齿圈用钢制，而轮芯则用铸铁或铸钢。

3、改错分析题（ 30 分）

指出下图结构中的错误，并用文字说明。（本题至少有 6 处错误，每指出一处错误得 5 分）

解：

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；

4、计算题（ 50 分）

试设计铣床中的一对标准直齿圆柱齿轮传动。已知：传递功率P=，小齿轮

转速 n1=1450r/min ，传动比 i= ，两班制，每年工作 300 天，使用寿命 5 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。

解：（ 1）选择齿轮材料及精度等级

考虑此对齿轮传递的功率不大，故大、小齿轮都选用软齿面。小齿轮选用 40Cr ，调质，齿

面硬度为 240～ 260HBS ；大齿轮选用 45 钢，调质，齿面硬度为 220 HBS （表）。因是机床用 齿轮，由表选 7 精度，要求齿面粗糙度

R a 1.6～ 3.2 m 。

（ 2）按齿面接触疲劳强度设计

因两齿轮均为钢制齿轮，所以由（）式得

3 KT 1 u

1

d 1 76.43

d u

2

H

确定有关参数如下：

1）齿数 z 和齿宽系数

d

取小齿轮齿轮

z 1

30

，则大齿轮齿数 z

2

iz 1 2.08 30 62.4

，圆整 z 2

62

。

i 0

z 2 62 2.067

z 1

30

实际传动比

i i 0

2.08 2.067

＜

2.5%

i

2.08 0.6% 传动比误差

可用。

齿数比

u

i 0 2.067

由表

取

d

0.9

（因非对称布置及软齿面）

2）转矩 T1

T 1 9.55 106

P

9.55 10

6

7.5

N mm 4.94 104 N mm

n 1

1450

3）载荷系数 K 由表 取 K 1.35

4）许用接触应力

H

H lim

Z

NT

H

S N

由图 8.33c 查得

H lim 1

775MPa ， H lim 2 520MPa 由式（）计算应力循环次数

N L

N L 1 60 n 1rt h 60 1450 1 16 300 5

2.09 10 9

N L 2

N L1

2.09 10

9

1.01 10 9

i 2.076

由图查得接触疲劳的寿命系数

Z NT 1 0.89 ， Z NT 2 0.93

通过齿轮和一般工业齿轮， 按一般可靠度要求选取安全系数 S H

1.0

。所以计算两轮的许用

接触应力

H lim 1

Z

NT 1

775 0.89

689.81MPa

H 1

S H

MPa

1.0 H 2 H lim 2 Z NT 2

520 0.93

MPa 483.6MPa

S H

1.0

故得

KT 1 u

1

3

1.35 4.94 104

2.076 1

d 1

76.43

mm 59.40mm

76.43

3

d u 2

0.9 2.076 483.62

H

m

d 1

59.40 mm 1.98mm

计算模数

z 1 30

由表取标准模数

m 2mm

（3）校核齿根弯曲疲劳强度

F 2KT 1 Y Y

F

bm 2

z 1 Fa

Sa

由式（）

确定有关参数和系数

1）分度圆直径

d 1 mz 1 2 30mm

60mm

d 2

mz 2

2 62mm 124mm

2）齿宽

b

d

d

1

0.9 60mm 54mm

取

b 2 55mm ， b 1 60mm

3）齿形系数

Y Fa

和应力修正系数 Y Sa

根据齿数 z 1 30 ， z 2 62 ，由表查得 Y Fa1

2.52 、 Y Sa1 1.625 ； Y Fa 2 2.288，。

4）许用弯曲应力

由式（）

由图 8.35c 查得：

F

F lim

Y ST

Y

NT

F

S F

F lim1

290MPa

F lim2

210MPa

由图查得

Y NT1 0.88

Y NT 2 0.9

试验齿轮的应力修正系数Y ST 2 按一般可靠度选取安全系数S F 1.25 计算两轮的许用弯曲应力

F 1 F lim 1Y ST Y NT1 290 2 0.88 MPa 408.32MPa

S N 1.25

F 2 F lim 2

Y

ST

Y

NT 2 210 2 0.9 MPa 302.4MPa S N 1.25

将求得的各参数代入式（）

F 1

2KT1

Y Fa1Y Sa1

2 1.35 4.94 10 4

2.52 1.625 MPa bm2 z1 55 2 2 30

82.76MPa ＜ F 1

F 2

2KT1

Y Fa2 Y Sa2

Y

Fa2

Y

Sa2 2.288 1.734

bm2 z2

F 82.76 MPa

1 Y Fa1Y Sa1 2.5

2 1.625

80.18MPa ＜ F 2

故轮齿齿根弯曲疲劳强度足够。（4）计算齿根传动的中心距 a

a m z z

2 2 30 62 mm 92mm

2 1 2

（5）计算齿轮的圆周速度v

v

d1n1 3.14 60 1450

m / s 4.55m / s 60 1000 60 1000

由表可知，大齿轮选用7 级或 8 级精度的齿轮。