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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：_______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）2、传动齿轮设计时，如何确定齿轮的结构参数。（10分）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）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=7.5KW，小齿轮转速n1=1450r/min，传动比i=2.08，两班制，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。（2）学号末尾数为0、4、6、8的课程设计题目1、螺纹连接有哪几种基本类型？（10分）2、简述一般传动齿轮的失效形式、设计方法和步骤。（10分）1）齿轮折断；2）齿面疲劳点蚀；3）齿面胶合；4）齿面磨损；5）齿面塑性变形。1.磨损失效的形式与原因（1）从微观角度划分从微观角度，根据不同的磨损机理，可将齿轮的磨损划分为四个基本类型：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。磨粒磨损主要是梨沟和微观切削作用；粘着磨损与表面分子作用力和摩擦热密切相关；疲劳磨损是在循环应力作用下表面疲劳裂纹萌生和扩展的结果；而腐蚀磨损则是由环境介质的化学作用产生。在实际的磨损现象中，通常是几种形式的磨损同时存在，而且一种磨损发生后往往诱发其他形式的磨损。例如，齿轮疲劳磨损的磨屑在啮合的两齿面间移动，类似于研磨作用，会引起接触齿面的磨粒磨损，而磨粒磨损所形成的洁净表面又可能增大分子的粘附力，从而引起粘着磨损，同时轮齿材料的分子由于氧化作用或与周围介质发生化学变化，又可导致腐蚀磨损的产生。齿轮的微动磨损就是一种典型的复合磨损。在微动磨损过程中，可能出现粘着磨损、腐蚀磨损、磨粒磨损和疲劳磨损等多种磨损形式。随着工况条件的变化，不同形式磨损的主次不同。（2）从宏观角度划分从宏观角度，根据不同的磨损损伤现象，齿轮的磨损主要包括：齿面磨损、擦伤、点蚀、裂纹、剥落和胶合。齿面磨损主要是由接触的两齿面的相对滑动引起的齿面耗损现象；擦伤是由于梨沟作用而在摩擦齿面上产生沿摩擦方向的沟痕和磨粒的现象；点蚀是在接触应力的反复作用下，由于金属疲劳破坏而形成齿面凹坑的现象；剥落是齿面由于变形强化而变脆，在载荷作用下产生微观裂纹随后脱落的现象；裂纹主要是由于交变应力的反复作用或局部应力过高而造成的材料局部破裂的现象。胶合是当粘着效应使表面粘结点具有较高的连接强度时，剪切破坏发生在层内一定深度，而导致两齿面咬死的严重磨损的现象。由于齿轮工作工程中，多种影响因素共同作用，因而也可能同时存在几种的磨损损伤现象。2.设计时防止磨损失效的措施：影响齿轮磨损性能的因素众多，为了避免或减少齿轮使用过程中的磨损损伤，在设计和使用的过程中应注意从1）材料性能，2）硬度，3）表面粗糙度，4）润滑，5）载荷与速度，6）散热，7）变位设计，8）转子系统动力学等方面考虑。3.其他失效形式：1）由于弯曲强度不够而轮齿从齿根折断。设计时可最大齿根圆半径；最大轴的刚度使接触线上载荷均匀；采用热处理使轮芯具有足够韧性；对齿根进行表面的喷丸、滚压强化处理。2）齿面塑性变形。设计时应提高齿面硬度，采用高粘度或加有极压添加剂的润滑油。3、改错分析题（30分）指出下图齿轮轴承结构中的错误，并用文字说明。例如：①处未加调整垫片。（本题至少有6处错误，每指出一处错误得5分）错误如下图所示：4、计算题（50分）试设计一带式运输机的减速器高速级齿轮传动。已知：此减速器为二级标准直齿圆柱齿轮传动，功率P1=5KW，小齿轮转速n1=960r/min，小齿轮齿数z1=24，齿数比u=4.8。该机器每日2班工作，工作寿命15年（每年300个工作日）。带式运输机工作平稳，转向不变。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。(1)选择材料与热处理方式。所设计的齿轮传动属于闭式传动，通常采用软齿面的钢制齿轮，查阅下表，选用价格便宜便于制造的材料；小齿轮材料为45钢，调质处理，硬度为260HBW，大齿轮材料也为45钢，正火处理，硬度为215HBW，硬度差45HBW较合适。常用齿轮材料及其力学性能类别材料牌号热处理方法抗拉强度σb/MPa屈服点σs/MPa硬度(HBW或HRC)优质碳素钢35正火500270150～180HBW调质550294190～230HBW45正火588294169～217HBW调质647373229～286HBW表面淬火40～50HRC50正火628373180～220HBW合金结构钢40Cr调质700500240～258HBW表面淬火48～55HRC35SiMn调质750450217～269HBW表面淬火45～55HRC40MnB调质735490241～286HBW表面淬火45～55HRC20Cr渗碳淬火后回火63739256～62HRC20CrMnTi107983456～62HRC38CrMoAlA渗氮980834＞850HV铸钢ZC45正火580320156～217HBWZG55650350169～229HBW灰铸铁HT300300185～278HBWHT350350202～304HBW球墨铸铁QT600-3600370190～270HBWQT700-2700420225～305HBW非金属夹布胶木10025～35HBW(2)选择精度等级。运输机是一般机械，速度不高，故选择8级精度。(3)按齿面接触疲劳强度设计。本传动为闭式传动，软齿面，因此主要失效形式为疲劳点蚀，应根据齿面接触疲劳强度设计，1)载荷因数K。圆周速度不大，精度不高，齿轮关于轴承对称布置，按表取K=1.2。2)转矩T1T1=9.55×106P/n1=9.55×106×5/1440N·mm=33159.7N·mm3)接触疲劳许用应力[σH]，查得：σH1lim1=610MPa,CrH1lim2=500MPa；接触疲劳寿命系数ZN:按一年300工作日，单班每天8h计算，由公式N=60njth得N1=60×1440×10×300×8=2.07×109N2=N1/i=2.07×109/4.6=4.5×108查曲线1，得ZN1=1(N1＞N0,N0=109)ZN2=1.034)计算小齿轮分度圆直径d1取d1=45mm。5)计算圆周速度v因v＜6m/s，故取8级精度合适。(4)确定主要参数，计算主要几何尺寸。1)齿数。取z1=20，则Z2=z1i=20×4.6=92。2)模数mm=d1/z1=45/20mm=2.25mm正好是标准模数第二系列上的数值，可取(读者也可按优先选用原则选第一系列标准模数m=2.5mm)。3)分度圆直径d1=z1m=20×2.25mm=45mmd2=z2m=92×2.25mm=207mm4)中心距αα=(d1+d2)/2=(45+207)/2mm=126mm5)齿宽bb=ψdd1=1.1×45mm=49.5mm取b2=50mm,b1=b2+5mm=55mm。(5)校核弯曲疲劳强度。1)复合齿形因数YFS。得：YFS1=4.35，YFS1=3.98。2)弯曲疲劳许用应力[σbb]由弯曲疲劳极限应力σbblim:σbblim1=490MPa，σbblim2=410MPa。弯曲疲劳寿命系数YN:YN1=1(N1＞N0，N0=3×106)，YN2=1(N2＞N0，No=3×106)。弯曲疲劳的最小安全系数SFmin：按一般可靠性要求，取SFmin=1（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？（10分）2、箱体，机构架设计的一般要求有哪些？（10分）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）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=1000r/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。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+。