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》
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
（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）
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/s。 3、传动效率高，η =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 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，又 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=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。
答：
1选择齿轮精度等级。输送机是一般工作机械，考虑次对齿轮的传递的功率不大，速度不高，故大小齿轮都选用8级精度。要求齿轮面粗糙度Ra1.6~3.2um..
常用精度等级的齿轮的加工方法及其应用范围
齿轮的精度等级
6级（高精度） 7级（较高精度） 8级（普通） 9级（低精度）
加工方法 用范成法在精密机床上精磨或精制 用范成法在精密机床上精插或精滚，对淬火齿轮需要磨齿或研齿等 用范成法插或滚 用范成法或仿形法粗滚或型铣
齿面粗糙度Ra/um 0.80~1.60 1.60~3.2 3.2~6.3 6.3
用途 用于分度机构或高速重载的齿轮，如机床，精密仪器，汽车，船舶，飞机中的重要齿 用于高、中速重载齿轮，如机床，内燃机中的较重要齿轮，标准系列减速器的齿轮 一般机械中的齿轮，不属于分度系统的机床齿轮，飞机拖拉机中不重要的齿轮。 轻载传动的不重要齿轮或低速传动对精度要求低的齿轮
周速度V(m/s) 圆
柱
齿
轮 直齿 15 10 5 3
斜齿 25 17 10 3.5
圆
锥 直齿 9 6 3 2.5
表1
2选材与热处理。
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(d>400 ～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30～50HBS。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、应用举例见表6—4，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30~50HBS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