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机械设计作业集 2014/3/24 - 1 - 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 第十第十一一章章 蜗杆传动蜗杆传动 一、选择题一、选择题 111 与齿轮传动相比，_D_不能作为蜗杆传动的优点。 A 传动平稳、噪声小 B 传动比可以较大 C 可产生自锁 D 传动效率高 112 阿基米德蜗杆和蜗轮在中间平面上相当与直齿条与_B_齿轮的啮合。 A 摆线 B 渐开线 C 圆弧曲线 D、 变态摆线 113 在蜗杆传动中，如果模数和蜗杆头数一定，增加蜗杆分度圆直径，将使_B_。 A 传动效率提高，蜗杆刚度降低 B 传动效率降低，蜗杆刚度提高 C 传动效率和蜗杆刚度都提高 D 传动效率和蜗杆刚度都降低 114 大多数蜗杆传动，其传动尺寸主要由齿面接触疲劳强度决定，该强度计算的目的是为防止 _D_。 A 蜗杆齿面的疲劳点蚀和胶合 B 蜗杆齿的弯曲疲劳折断 C 蜗轮齿的弯曲疲劳折断 D 蜗轮齿面的疲劳点蚀和胶合 115 在蜗杆传动中，增加蜗杆头数 z1，有利于_D_。 A 提高传动的承载能力 B 提高蜗杆刚度 C 蜗杆加工 D 提高传动效率 116 为了提高蜗杆的刚度，应_A_。 A 增大蜗杆的直径 B 采用高强度合金钢作蜗杆材料 C 蜗杆硬度，减小表面粗糙度值 117 为了提高蜗杆传动的啮合效率 l，在良好润滑的条件下，可采用_B_。 A 单头蜗杆 B 多头蜗杆 C 较高的转速 n1 D 大直径系数蜗杆 118 对闭式蜗杆传动进行热平衡计算，其主要目的是_B_。 A 防止润滑油受热后外溢，造成环境污染 B 防止润滑油油温过高使润滑条件恶化 C 防止蜗轮材料在高温下机械性能下降 D 蜗杆蜗轮发生热变形后正确啮合受到破坏 119 对于一般传递动力的闭式蜗杆传动，其选择蜗轮材料的主要依据是_A_。 A 齿面滑动速度 B 蜗杆传动效率 C 配对蜗杆的齿面硬度 D 蜗杆传动的载荷大小 1110 对于普通圆柱蜗杆传动，下列说法错误的是_B_。 A 传动比不等于蜗轮与蜗杆分度圆直径比 B 蜗杆直径系数越小，则蜗杆刚度越大 C 在蜗轮端面内模数和压力角为标准值 D 蜗杆头数 z1多时，传动效率提高 1111 蜗杆传动的当量摩擦系数 fv随齿面相对滑动速度的增大而_C_。 A 增大 B 不变 C 减小 1112 在蜗杆传动中，轮齿承载能力计算，主要是针对_D_来进行的。 A 蜗杆齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度 B 蜗杆齿根弯曲强度和蜗轮齿面接触强度 C 蜗杆齿面接触强度和蜗杆齿根弯曲强度 D 蜗轮齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度 1113 蜗杆常选用的材料是_C_。 A HT150 B ZCuSn10P1 C 45 号钢 D GCr15 机械设计作业集 2014/3/24 - 2 - 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 1114 蜗杆传动的失效形式与齿轮传动相类似，其中_B_为最易发生。 A 点蚀与磨损 B 胶合与磨损 C 轮齿折断与塑性变形 D 胶合与塑性变形 1115 蜗轮蜗杆传动中，蜗杆 1 和蜗轮 2 受到的转矩的关系为_C_。 A 12 TT B 12 iTT C 12 TiT D 1 2 iT T 二、填空题二、填空题 1116 蜗杆直径系数 q =d1/m_。 1117 蜗杆传动发生自锁的条件是_v_。 1118 阿基米德蜗杆与蜗轮正确啮合的条件是 ma1= mt2 = m， a1 = t2=，12。 1119 在蜗杆传动中， 蜗杆头数越少， 则传动效率越 低 ， 自锁性越 好 。 一般蜗杆头数常取 1、 2、4、6 。 1120 对滑动速度 vs4m/s 的重要蜗杆传动，蜗杆的材料可选用 合金钢 进行 淬火 处理；蜗轮 的材料可选用 锡青铜 。 1121 蜗杆传动中强度计算的对象是 蜗轮 ，其原因是 材料上，蜗轮采用青铜，强度差 、 结构 上，蜗杆的齿是连续的，蜗轮的齿是独立的 。 1122 蜗杆传动中，蜗杆螺旋线的方向和蜗轮螺旋线的方向应 相同 ，蜗杆的 导程角 应等于蜗 轮的螺旋角。 1123 闭式蜗杆传动的功率损耗，一般包括 啮合摩擦损耗 、 轴承摩擦损耗 、 溅油损耗 三部 分。 三、分析与思考题三、分析与思考题 1124 蜗杆传动与齿轮传动相比有何特点?常用于什么场合? 答：特点： 1、 传动比大，结构紧凑； 2、 传动平稳，噪声低； 3、 当v时，具有自锁性； 4、 齿面滑动速度大，效率低。 适用于大传动比的运动传递，而在动力传输中的应用受到限制。 1125 与普通圆柱蜗杆传动相比，圆弧圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动、锥蜗杆传动各有何特点? 各适用于什么场合? 答：圆弧圆柱蜗杆传动效率高，承载能力强，体积小，质量小，结构紧凑，应用于各种机械设备 的减速机构中； 环面蜗杆传动传动效率高，承载能力强； 锥蜗杆传动重合度大，传动比范围大，承载能力和效率较高。 1126 影响蜗杆传动效率的主要因素有哪些?为什么传递大功率时很少用普通圆柱蜗杆传动? 答：影响蜗杆传动效率的主要因素有啮合摩擦损耗 、 轴承摩擦损耗 、 溅油损耗，其中主要是 啮合摩擦损耗，它与蜗杆的导程角、滑动速度等有关。传递大功率时很少用普通圆柱蜗杆传动是 因为其效率较低。 机械设计作业集 2014/3/24 - 3 - 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 1127 在普通圆柱蜗杆传动中，为什么将蜗杆的分度圆直径规定为标准值? 答：将蜗杆的分度圆直径规定为标准值是为了限制滚刀的数目，便于滚刀的标准化。 1128 蜗杆传动的失效形式及计算准则是什么？常用的材料配对有哪些？ 选择材料应满足哪些 要求？ 答：开式：失效形式为齿面磨损、轮齿折断，设计准则为保证齿根弯曲疲劳强度； 闭式：失效形式为齿面胶合、点蚀，设计准则为按齿面接触疲劳强度设计，校核齿根弯曲疲劳 强度，还需作热平衡核算。 蜗杆的材料一般为碳钢、合金钢；蜗轮的材料为铸造锡青铜、铸造铝铁青铜、灰铸铁。 选择蜗轮、蜗杆材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是具有良好的磨合和耐磨性能。 1129 蜗轮材料的许用接触应力，有的与相对滑动速度大小有关，而与应力循环次数无关，有的 则相反，试说明其原因。 答：当蜗轮材料为灰铸铁或高强度青铜（B300MPa）时，蜗杆的承载能力主要取决于齿面胶合 强度，但因目前无胶合强度计算公式，故采用接触强度计算，在查蜗轮的齿面许用接触应力时， 要考虑相对滑动速度的大小， 而且胶合不属于疲劳失效， 因此许用接触应力与应力循环次数无关。 若蜗轮材料为B300MPa 的锡青铜，则蜗轮主要为接触疲劳失效，许用接触应力与应力循环次数 有关。 1130 对于蜗杆传动，下面三式有无错误?为什么? 答： 11-31 蜗杆传动设计中为何特别重视发热问题?如何进行热平衡计算?常用的散热措施有哪些? 答：蜗杆传动齿面滑动速度大，效率低，所以工作时发热量大，若热量不能及时散出，将因油温 不断升高而使润滑油稀释，从而增大摩擦损失，甚至发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发 热量等于同时间内的散热量的条件进行热平衡计算，以保证油温稳定地处于规定的范围内。 常用的散热措施： 1、 加散热片以增大散热面积； 2、 在蜗杆的轴端加装风扇以加速空气的流通； 3、 在传动箱内装循环冷却管路。 1132 为什么蜗杆传动要进行蜗杆的刚度计算?对于常用的两端支承蜗杆轴如何进行刚度计算? 答：蜗杆传动由于传动比较大，蜗轮的尺寸较 大，蜗杆的支承跨距较大，蜗杆受力后会产生 较大的变形，会造成轮齿上载荷集中，影响正 确啮合，所以要进行蜗杆的刚度计算。 1 1 1 2 1 2 2 2 21 21 1 2 1 2 2 1 2 1 222 3 )( 22 2 1 tt F d T d iT d T F zz mdd a d d z z n n i 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 2 212 21 1 2 1 2 2 1 2 1 2 tan 22222 3 )( 2 )( 22 2 1 d T d T d iT d iT d iT d T F zz m zq mdd a d d z z n n i t 机械设计作业集 2014/3/24 - 4 - 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 1133 为什么普通圆柱蜗杆传动的承载能力主要取决于蜗轮轮齿的强度， 用碳钢或合金钢制造蜗 轮有何不利? 答：由于结构和材料上的原因，失效总是发生在蜗轮上。结构上：蜗杆是连续的齿，而蜗轮的齿 则是孤立的；材料上：蜗杆是钢制的，强度较高，而蜗轮的材料则是青铜，强度较低。在蜗杆传 动中，啮合齿面具有较大的滑动速度，为了减少磨损，提高抗胶合能力，要求配对轮齿材料具有 良好的减磨性、磨合性和耐磨性，用碳钢或合金钢制造蜗轮，虽强度高，但与碳钢蜗杆配对时减 磨性和耐磨性差。 1134 在动力蜗杆传动中，蜗轮的齿数在什么范围内选取?齿数过多或过少有何不利? 答：蜗轮齿数主要取决于传动比，即 z2= i z1 。 z2不宜太小（如 z226)，否则将使传动平稳性变 差。 z2也不宜太大（z280)，否则在模数一定时，蜗轮直径将增大，从而使相啮合的蜗杆支承间 距加大，降低蜗杆的弯曲刚度。 1135 图示蜗杆传动均是以蜗杆为主动件。试在图上标出蜗轮(或蜗杆)的转向，蜗轮齿的螺旋 线方向，蜗杆、蜗轮所受各分力的方向。 题 1135 图 1 n 2t F 1a F 1r F 2r F 1t F 2a F 2 n 2 n 2 n 1 n 1 n 1t F 2a F 2t F 1a F 1r F 2r F 机械设计作业集 2014/3/24 - 5 - 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 1136 如图所示传动系统，已知输出轴 n6的方向。 (1)使各轴轴向力较小，确定斜齿轮 3、4 和蜗杆蜗轮 1、2 的螺旋线方向(标在图上或用文字说 明)及各轴的转向； (2)在图中标出各齿轮轴向力的方向。 题 1136 图 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 5a F 6a F 4a F 3a F 2a F 1t F 1a F 蜗杆左旋 6 n 机械设计作业集 2014/3/24 - 6 - 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 四、设计计算题四、设计计算题 1137 某传动装置中采用蜗杆传动，电机 功率 P=10kW，转速 n970 rmim，蜗杆 传动参数：z12，z260，q8，m8， 右旋，蜗杆蜗轮啮合效率 1=0.75，整个传 动系统总效率 =0.70， 卷筒直径 D=600 mm， 试求： (1)重物上升时，电机的转向（画在图 上） ； (2)重物上升的速度 v ； (3)重物的最大重量 W ； (4)蜗杆蜗轮所受各力大小，并标出各 力的方向。 题 1137 图 解： （1）如图 （2） （3） （4） 30 2 60 1 2 2 1 2 1 z z n n i smsmm D v n /015. 1/78.1015386. 3 2 600 2 386. 3 900 970 30 30/ 30 2 11 2 N v P W55.6896 015. 1 7 . 01010 3 N qzd T FF at 7 .12306 82 9845329845322 11 1 21 Nmm n P T6 .98453 970 10 105 .955 .95 5 1 1 N mzd T FF ta 923 860 221520222152022 22 2 21 NmmiTT6 .22152075. 036 .98453 112 NFFF trr 9 .33520tan923tan 221 W D v 1a F 2t F 1t F 2a F 1r F 2r F 1 n 机械设计作业集 2014/3/24 - 7 - 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 1138 图示为简单手动起重装置。已知：m8，z11，z240，q10，卷筒直径 D=200 mm， 试确定： (1)重物上升 1 m，手柄应转多少圈？若蜗杆为右旋，当重物 上升时，手柄转向如何（画在图上）？ (2)若蜗杆蜗轮齿面间的当量摩擦系数为 fv=0.2，此机构是否 自锁？ (3)若重物重量 G=1000N，人手推力 F=50N，计算手柄力臂长 度 L； (4)当提升重物或降下重物时，蜗轮齿面是单侧受载还是双侧 受载? 解： （1） 题 1138 图 （2） 自锁 （3） （4）当提升重物时，蜗轮齿面左侧受力，降下重物时，重力为驱动力，蜗轮的工作齿面没有改 变，因此为单侧受载。 1139 已知一蜗杆传动，蜗杆为主动，转速 nl=1440r/min，蜗杆头数 zl=2，模数 m=4mm，蜗 杆直径系数 q=10，蜗杆材料为钢，齿面硬度大于 45HRC，磨削，蜗轮材料为铸锡青铜，求该传 动的啮合效率 1和总效率 。 解： 查表 11-18，fv=0.028，v=136，则 圈59. 1 200 10001000 2 D 圈66.6359. 1 1 40 2 1 2 1 z z 3 .11)arctan( vv f 71. 5) 10 1 arctan()arctan( 1 q z v LFLT50 1 LLiTT8 .6533269. 0 1 40 50 12 3269. 0 )3 .1171. 5tan( 1 . 0 )tan( tan v Nmm D GT100000 2 200 1000 2 2 mmL9 .152 8 .653 1000000 G D L 3 .11) 10 2 arctan()arctan( 1 q z sm nd vs/07. 3 3 .11cos60000 1440104 cos100060 11 8724. 0 )6 . 13 .11tan( 3 .11tan )tan(