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”。
50%以上相同者判为雷同，成绩为“
0”。
2、两人或两人以上答题内容或用语有
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
抗拉强 屈服点 硬 度
度
σ
(HBW 或
法
σb/MPa s/MPa HRC)
优质 碳素钢
合金 结构钢正火
500
35
调质
550
正火
588
45
调质
647
表面淬火
50
正火
628
40Cr调质
700
表面淬火
调质
35SiMn
750
表面淬火
40MnB调质
735
表面淬火
20Cr
渗碳淬火 637 20CrMnTi 后回火 1079 38CrMoAlA 渗氮 980
270150～
180HBW
294190～
230HBW 294169～
217HBW
229～
373
286HBW
40～ 50HRC373
180～
220HBW
240～
500
258HBW
48～ 55HRC217～
269HBW
450
45～ 55HRC241～
490
286HBW
45～ 55HRC392
56～ 62HRC834 56～ 62HRC834
＞850HV