机械设计第一次讨论课

j机械设计第一次讨论课张为昭精0420100105912、标准直齿圆柱齿轮传动设计方案见表1，齿轮精度为6级，工作寿命50000(小时)，工作转速1440(r/min),传动平稳，分别选择软齿面材料（例如结构钢正火）和硬齿面材料（例如合金钢渗碳淬火），比较其承载能力,并分析产生这种结果的原因。圆柱齿轮传动设计中齿数选择应遵循的什么原则。表1标准直齿圆柱齿轮传动设计方案方案小齿轮Z1大齿轮Z2齿宽b模数m中心距a0120601056.02400224721055.02400330901054.02400432961053.7524005401201053.024006481441052.524007601801052.024008802401051.524009962881051.25240101203601051.0240解：设齿轮使用系数1.00，即原动机工作机运转均匀平稳，研究闭式传动情况。齿轮重合度变化情况：设计功率40kW时，软齿面材料（例如结构钢正火）齿轮受力情况：小齿轮：大齿轮：1.651.71.751.81.851.91.95050100150小齿轮齿数Z1重合度重合度极限传递功率：设计功率40kW时，硬齿面材料（例如合金钢渗碳淬火）受力情况：小齿轮：大齿轮：极限传递功率：输入极限传递功率时齿轮的受力情况：软齿面：小轮：大轮：硬齿面：小轮：大轮：分析及结论：由以上图像可知：（1）计算接触疲劳应力及许用接触疲劳应力几乎不变，和齿数无关。（2）计算弯曲疲劳应力及许用弯曲疲劳应力随齿数增大而增大，且计算弯曲疲劳应力增加的速度随设计功率的增大而迅速增大，许用弯曲疲劳应力则以较慢的速度增加。（3）齿轮的承载能力由接触疲劳应力、弯曲疲劳应力中相对许用值较大的一项决定。（4）齿数较小时，承载能力由接触疲劳应力决定，随齿数增加而降低。（5）齿数较大时，承载能力由弯曲疲劳应力决定，与齿数变化无关。（6）由于极限功率较大，因此硬齿面承载能力开始下降点的齿数少于软齿面且下降速度更快快，但各尺寸相同时，硬齿面齿轮承载能力依然强于软齿面。（7）齿数越大重合度越高。可以得到齿轮传动的齿数的选择依据：（1）由于重合度越高齿轮传动越平稳越安静，因此在承载能力不随模数变化的大模数区间，可以选择较小的模数以提高传动品质，但开式传动要选较大模数以减小磨损的影响。（2）对传动质量要求较高时，由于模数要小，所以承载能力可能会随模数降低而降低，此时要综合考虑承载能力和传动品质的需求，或者选择硬齿面材料。4、图2所示为手动蜗杆传动起重装置。已知模数m=4mm，蜗杆分度圆直径d1=40mm，蜗杆头数z1=1，蜗轮齿数z2=90，滚筒直径D=300mm，起重量FQ=8000N，蜗轮副的当量摩擦系数fv=0.12（忽略轴承的效率），作用在手柄上的推力F=150N，求：（1）重物升高1m时蜗杆的转数，此装置能否自锁；（2）所需手柄长度L；（3）重物上升时蜗轮受力；（4）重物下降时蜗轮受力，此时推动手柄所需的力F’；（5）重物停止在空中时蜗杆受力。解：（1）传动比：i=z2/z1=90物体升高1m时蜗杆的转数：r=hpDi»95.49roundsQLD图2由于螺旋角满足关系：tang=z1pmpd1=0.1fn=0.12所以可以自锁。（2）对于螺旋蜗杆，重物上升时，蜗杆主动：FL=T1T2=FQD2=1200Nimh=tangtan(g+rn)其中：rn=arctanfn联立得：T1=T2ih=29.69NimL=19.8cm»20cm（3）重物上升时：蜗轮受力：Ft2=2T2mz2=6666.67NFa2=2T1d1=1484.50Ntanaa=tanancosgFr2=Ft2tanaa=2438.57N受力方向：切向力：水平向左。轴向力：垂直纸面向里。径向力：竖直向下。（4）当重物下降时，蜗轮主动：T1'=T2ih'其中:h'=tan(g-rn)tang则有：T1'=-67.6N×m蜗轮受力：Ft2'=2T2mz2=6666.67NFa2'=2T1'd1=-3380Ntanaa=tanancosgFr2'=Ft2'tanaa=2438.57N受力方向：切向力：水平向左。轴向力：垂直纸面向外。径向力：竖直向下。（5）重物静止时，手柄输入力矩为零：T13=0T23=FQD2=1200N×m蜗杆受力：Ft13=2T13d1=0Fa13=2T23mz2=6666.67Ntanaa=tanancosgFr13=Fa13tanaa=2438.57N受力方向：切向力：垂直纸面向里。轴向力：水平向右。径向力：竖直向上。