机械设计作业集10、11答案

第十章第十章 齿轮传动齿轮传动 一 选择题一 选择题 10 1 在齿轮传动的设计计算中 对下列参数和尺寸应标准化的有 A G 应圆整的有 D E 没有标准化也不应圆整的有 B C F H I J A 斜齿轮的法面模数 mn B 斜齿轮的端面模数 mt C 直齿轮中心距 a D 斜齿轮中心距 a E 齿宽 B F 齿厚 s G 分度圆压力角 H 螺旋角 I 锥距 R J 齿顶圆直径 da 10 2 材料为 20Cr 钢的硬齿面齿轮 适宜的热处理方法是 B A 整体淬火 B 渗碳淬火 C 调质 D 表面淬火 10 3 将材料为 45 钢的齿轮毛坯加工成为 6 级精度的硬齿面直齿圆柱齿轮 该齿轮制造工艺顺 序应是 A 为宜 A 滚齿 表面淬火 磨齿 B 滚齿 磨齿 表面淬火 C 表面淬火 滚齿 磨齿 D 滚齿 调质 磨齿 10 4 为了提高齿轮传动的齿面接触强度应 B A 分度圆直径不变增大模数 B 增大分度圆直径 C 分度圆直径不变增加齿数 D 减小齿宽 10 5 为了提高齿轮齿根弯曲强度应 A A 增大模数 B 增大分度圆直径 C 增加齿数 D 减小齿宽 10 6 一减速齿轮传动 主动轮 1 和从动轮 2 的材料 热处理及齿面硬度均相同 则两轮齿根的 弯曲应力 A A F1 F2 B F1 H2 B H1YFa2 B YFa1 YFa2 C YFa1 YFa2 2 10 12 有两个标准直齿圆柱齿轮 齿轮 1 的模数 m1 5mm 齿数 zl 30 齿轮 2 的模数 m2 3mm 齿数 z2 50 则齿形系数和应力校正系数的乘积 YFa1YSa1 A YFa2YSa2 A 大于 B 等于 C 小于 D 不一定大于 等于或小于 10 13 圆柱齿轮传动中 常使小齿轮齿宽 b1略大于大齿轮齿宽 b2 其目的是 C A 提高小齿轮齿面接触强度 B 提高小齿轮齿根弯曲强度 C 补偿安装误差 以保证全齿宽接触 D 减少小齿轮载荷分布不均 10 14 对于重要的齿轮传动 可将齿顶进行修缘 目的是 C A 减小齿间载荷分配不均 B 减小齿向载荷分配不均 C 减小附加动载荷 10 15 在齿轮传动中 将齿轮轮齿加工成鼓形齿的目的是 B A 减小动载荷 B 改善载荷沿齿向分布不均 C 提高齿轮的传动精度 10 16 齿轮传动中 动载系数 Kv主要是考虑 A 因素对齿轮传动的影响 A 齿轮自身制造精度引起的误差 B 载荷沿齿宽分布不均 C 双齿啮合时的载荷分配不均 D 齿轮以外的其它 10 17 齿轮接触强度计算中的材料弹性系数 ZE反映了 A 对齿面接触应力的影响 A 齿轮副材料的弹性模量和泊松比 B 齿轮副材料的弹性极限 C 齿轮副材料的强度极限 D 齿轮副材料的硬度 10 18 对于闭式软齿面齿轮传动 在传动尺寸不变并满足弯曲疲劳强度的前提下 齿数宜适当 取多些 其目的是 C A 提高轮齿的弯曲强度 B 提高齿面的接触强度 C 提高传动的平稳性 10 19 对于闭式硬齿面齿轮传动 宜取较少齿数以增大模数 其目的是 D A 提高齿面接触强度 B 减小滑动系数 提高传动效率 C 减小轮齿的切削量 D 保证轮齿的弯曲强度 10 20 设计一对齿数不同的齿轮传动 若需校核其弯曲强度时 一般应 A A 对大 小齿轮分别校核 B 只需校核小齿轮 C 只需校核大齿轮 D 应校核哪一个齿轮 无法判断 10 21 在齿轮传动中 为减少动载荷 可采取的措施是 B A 改用好材料 B 提高齿轮制造精度 C 降低润滑油粘度 D 加大模数 10 22 直齿圆锥齿轮传动的强度计算方法是以 C 的当量圆柱齿轮为基础 A 大端 B 小端 C 齿宽中点处 二 填空题二 填空题 10 23 对齿轮材料的基本要求是 齿面 硬 齿芯 韧 齿轮传动中 软 硬齿面是以 齿面硬 度 来划分的 当 HB 350 时为软齿面 一般取小 大齿轮的硬度 HBS1 HBS2为 30 50 其原 因是 小齿轮的循环次数多 当 HB 350 时为硬齿面 一般取小 大齿轮的硬度 HBS1 HBS2 10 24 在齿轮传动中 获得软齿面的热处理方式有 调质 正火 而获得硬齿面的热处理方 式有 渗碳淬火 整体淬火 表面淬火 等 10 25 一般参数的闭式软齿面齿轮传动的主要失效形式是 点蚀 闭式硬齿面齿轮传动的主要 失效形式是 断齿 开式齿轮传动的主要失效形式是 磨损 高速重载齿轮传动 当润滑不良时 最可能出现的失效形式是 胶合 3 10 26 在闭式软齿面齿轮传动中 齿面疲劳点蚀经常首先出现在 节线附近靠近齿根 处 其原 因是该处 为单齿啮合区 摩擦力大润滑不良 10 27 在推导轮齿齿根弯曲疲劳应力计算公式时 其计算模型是 悬臂梁 设计的主要参数是 模数 m 一对齿轮传动中 大 小齿轮的弯曲应力 不相等 10 28 齿轮齿面接触应力计算公式是在 赫芝 公式的基础上推导出的 影响齿面接触应力最主 要的参数是 分度圆直径 d1 中心距 a 一对标准齿轮传动 若中心距 传动比等其他条件保 持不变 仅增大齿数 z1 而减小模数 m 则齿轮的齿面接触疲劳强度 不变 10 29 渐开线齿轮的齿形系数 YFa的物理意义是 轮齿形状对弯曲应力的影响 标准直齿圆柱齿 轮的 YFa值只与齿轮的 齿数 有关 设有齿数相同的 A B C 三个标准齿轮 A 为标准直齿圆柱 齿轮 B 为 15 的斜齿圆柱齿轮 C 为 30 的直齿锥齿轮 试比较这三个齿轮的齿形系数 最小的是 C 最大的是 A 10 30 齿轮的弯曲疲劳强度极限 Flim和接触疲劳强 度极限 Hlim是经持久疲劳试验并按失效概率为 1 来确定的 试验齿轮的弯曲应力循环特性为脉动循环 10 31 一齿轮传动装置如图所示 轮 1 为主动 在 传动过程中 轮 2 的齿根弯曲应力按 对称 循环变化 而其齿面接触应力按 脉动循环 变化 若求得其齿根 最大弯曲应力为 300MPa 则最小应力值为 300MPa 应力幅值为 300MPa 平均应力为 0 10 32 在斜齿圆柱齿轮传动中 螺旋角 既不宜过小 也不宜过大 因为 过小 会使得 斜齿 轮的优点不能充分发挥 而过大又会使得 轴向力过大 因此 在设计计算中 的取值应为 8 20 可以通过调整 而对 中心距 进行圆整 10 33 填注下表中参数的荐用范围 一般情况下 三 分析与思考题三 分析与思考题 10 34 在不改变齿轮的材料和尺寸的情况下 如何提高轮齿的抗折断能力 答 1 加大齿根圆角半径 以减小应力集中 2 增加轴的刚性 使受载均匀 3 采用合适的热处理使齿芯具有足够的韧性 4 对齿根进行强化处理 10 35 齿面点蚀一般首先发生在轮齿的什么部位 在开式齿轮传动中 为什么一般不出现点蚀 破坏 如何提高齿面抗点蚀的能力 答 齿面点蚀一般首先发生在轮齿节线附近靠近齿根处 开式齿轮传动的主要失效是磨损 还没 有出现点蚀就可能已磨损了 措施 1 提高齿面硬度 降低粗糙度 2 提高润滑油粘度 3 采用正传动 提高综合曲率半径 减小接触应力 10 36 软齿面齿轮和硬齿面齿轮是如何划分的 软齿面齿轮和硬齿面齿轮在加工方法上有何区 软齿面z1 20 40 硬齿面z1 17 25 30 z1 17 20 8 20 m 2 mm b1 b2 5 10 mm 传递动力的齿轮模数m 大 小齿轮的齿宽 齿 轮 传 动 直齿圆柱齿轮齿数z1 闭式 开式 斜齿圆柱齿轮的螺旋角 1 2 3 4 别 为什么 答 根据齿面硬度划分 HB F2 5 大 小齿轮弯曲强度相等的条件是 10 43 试分析一对标准直齿圆柱齿轮传动 在中心距和传动比一定的情况下 齿数和模数的不 同选择方案各有何利弊 答 齿数增大 模数减小 则 1 重合度 传动平稳 2 齿高 h 滑动系数 磨损 3 da 齿轮重量 切削量 4 齿轮弯曲强度 10 44 齿宽系数 d的大小对齿轮传动的尺寸和强度影响如何 选取时要考虑哪些因素 答 齿宽系数 d越大 则齿轮的有效齿宽越大 齿轮的承载能力越强 强度越高 但齿宽越大 齿轮的偏载越严重 使得载荷分布不均匀 K 增大 计算应力增大 强度降低 因此 要根据支 承方式适当选择齿宽系数 d 10 45 在圆柱齿轮传动设计中 为什么通常取小齿轮的宽度大于大齿轮齿宽 在强度计算时是采 用哪个齿宽 圆锥齿轮传动又如何 答 因为轴系零件和箱体存在加工和装配误差 使得两齿轮轴向错位而减小了轮齿的接触宽度 为了保证轮齿的接触宽度 通常取小齿轮的宽度大于大齿轮齿宽 在强度计算时采用的有效齿宽 是大齿轮的齿宽 圆锥齿轮则两齿轮的齿宽取为相等 因为圆锥齿轮的轴向位置可以调整 而且 要求两齿轮的锥顶重合 大端面应当对齐 10 46 在齿轮传动中 载荷分布不均匀系数 K 与哪些因素有关 可采取哪些措施减小 K 答 载荷分布不均匀系数 K 考虑载荷沿轮齿接触线分布不均匀的影响 这主要是由于系统变形 轴 轴承 箱体等 引起的 有弯曲变形和扭转变形 可采取如下措施减小 K 1 提高轴 轴承 机架的刚度 2 提高齿轮的制造 安装精度 3 尽量使齿轮相对轴作对称布置 避免悬臂布置 4 适当减小齿宽 5 转矩从远离齿轮端输入 6 重要传动中的齿轮作成鼓形齿 10 47 有一对标准直齿圆柱齿轮传动 有关参数和许用值如下表 试分析比较哪个齿轮的弯曲 疲劳强度高 哪个齿轮的接触疲劳强度高 2 2 1 1 F F F F 6 答 弯曲强度可比较 齿轮 1 的弯曲强度高 接触强度可比较 和 显然 齿轮 1 的接触强度高 10 48 现有 A B 两对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动 其参数如下表所示 其材料及热处理硬 度 载荷 工况及制造精度均相同 试分析比较这两对齿轮接触强度及弯曲强度的高低 解 两对齿轮的材料及热处理硬度 载荷 工况及制造精度均相同 即表示其许用应力都相同 只需比较其计算应力的大小 A d1 mz1 2 40 80mm B d1 mz1 4 20 80mm 弯曲强度 每对齿轮都是小齿轮的弯曲应力大 只算小齿轮的弯曲应力 A B A 对齿轮的弯曲强度高 接触强度 A B 两对齿轮的接触强度一样高 10 49 一标准直齿圆柱齿轮传动 若传递载荷不变 齿轮齿数 中心距和许用应力不变 小齿 齿轮对mz1z2b A2409060 B4204560 齿轮mzYFaYsab F H 12mm202 82 245mm490MPa570MPa 22mm502 42 340mm400MPa470MPa SaFa t F YY bm KF EH t H ZZ u u bd KF 1 1 54 79 2 28 2 490 11 1 1 1 SaFa F F F YY 1H 46 72 3 24 2 400 22 2 2 2 SaFa F F F YY 2H 21HH 0042 2 6714212 1111 1 1 111 YY m YY bmd KT YY bm KF SaFaSaFaSaFa t F 172 4 5518212 1111 1 1 111 YY m YY bmd KT YY bm KF SaFaSaFaSaFa t F 01767 0 402 22121 222 1 2 1 1 1 d ZZ u u bd KT ZZ u u bd KF EHEH t H 01767 0 204 22121 222 1 2 1 1 1 d ZZ u u bd KT ZZ u u bd KF EHEH t H HBHA 7 轮转速 n1从 960 r min 降为 720 r min 试问要改变何参数 并使该值与原用值之比大致等于多少 才能保证该传动具有原来的抗弯曲强度 答 由于转速下降 使得传递的扭矩增加 有 即扭矩增加为原来的 倍 由弯曲应力计算公式 只有改变齿宽 b 并使其等于原用值的 1 333 倍才能保证该传动具有原来的抗弯曲强度 10 50 两级齿轮传动中 若一级为斜齿 另一级为直齿 试问斜齿圆柱齿轮应置于高速级还是 低速级 为什么 若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动 锥齿轮应置于高速级还是低速 级 为什么 答 斜齿圆柱齿轮应置于高速级 这是因为斜齿轮在高速级时相对于低速级时的轴向力小 可使 轴承受力较小 若为直齿锥齿轮和圆柱齿轮所组成的两级传动 锥齿轮应置于高速级 这是因为 高速级速度高 受力小 锥齿轮的尺寸较小 便于加工 10 51 3 答 齿轮 4 的接触强度最弱 10 51 图示为一二级展开式标准斜齿圆柱齿轮减速器 已知 高速级齿数 z1 44 z2 94 模数 SaFaSaFa t F YY bmd KT YY bm KF 1 1 2 960 95509550 1 1 P n P T 720 95509550 1 1 P n P T 333 1 720 960 EH EHEHHH ZZKT ZZ KT ZZ u u db KT 1 2 1 12 12 2 12 1 21 2001160 4494 14494 445290 212 EH EHEHHH ZZKT T z z K ZZ KT ZZ u u db KT 1 2 1 1 2 2 3 34 34 2 34 3 43 2001508 0 4075 14075 403 100 2 4075 14075 403 100 212 8 m12 2 5 mm 中心距 a 12 175 mm 齿宽 b2 90mm 低速级齿数 z3 40 z4 75 模数 m34 3 mm 中心距 a34 175 mm 齿宽 b4 100 mm 四个齿轮的材料相同 许用接触应力分别为 H 1 H 3 550 MPa H 2 H 4 420MPa 传动的摩擦损耗可忽略不计 假设两对齿轮传动的载 荷系数 K 相同 试 1 标出齿轮 2 轮齿螺旋线的旋向 以使 II 轴轴承上所受轴向力小些 2 画出各齿轮的受力图 力的作用点和方向 3 判断哪个齿轮的接触强度最弱 答 题 10 51 图 3 的解答在上一页 10 52 图示为二级圆锥 圆柱齿轮减速器简图 输入轴 转向 n1如图所示 1 合理确定斜齿轮 3 和 4 的螺旋线方向 画在图上 2 在图上画出各齿轮的圆周力 径向力和轴向力的方向 3 轴为输出轴 应从 轴的哪端输出扭矩为好 为什么 答 题 10 52 图 应从 轴的上端输出扭矩 使弯曲 扭转的变形抵消一部分 10 53 有一同学设计闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动 方案一其参数为 m 4mm z1 20 z2 60 经强度计算其齿面接触疲劳强度刚好满足设计要求 但齿根弯曲应力远远小于许用应力 因而又 进行了两种方案设计 方案二为 m 2mm z1 40 z2 120 其齿根弯曲疲劳强度刚好满足设计 1 2 3 4 4 n 1a F 2a F 2r F 1r F 1t F 2t F 3a F 4a F 4r F 3r F 3t F 4t F n n 1 2 3 4 1 n n n 1a F 2a F 1r F 2r F 1t F 2t F 3a F 4a F 4r F 3r F 3t F 4t F 9 要求 方案三为 m 2mm z1 30 z2 90 假设改进后其工作条件 载荷系数 K 材料 热处理 硬度 齿宽等条件都不变 问 1 改进后的方案二 方案三是否可用 为什么 2 应采用哪个方案更合理 为什么 答 1 方案二 与方案一的 d1相同 齿面接触疲劳强度不变 可用 方案三 比方案一的 d1减小 齿面接触疲劳强度降低 不可用 2 方案一与方案二相比较 应采用方案二更合理 因为在 d1不变的条件下 齿数多 模数小有 如下优点 1 重合度 传动平稳 2 齿高 h 滑动系数 磨损 3 da 齿轮重量 切削量 四 设计计算题四 设计计算题 10 54 设计一直齿圆柱齿轮传动 原用材料的许用接触应力为 H 1 700MPa H 2 600MPa 求得中心距 a 100mm 现改用 H 1 600MPa H 2 400MPa 的材料 若齿宽和其它 条件不变 为保证接触疲劳强度不变 试计算改用材料后的中心距 a 解 即 10 55 一直齿圆柱齿轮传动 已知 zl 20 z2 60 m 4mm B1 45mm B2 40mm 齿轮材料 为锻钢 许用接触应力 H 1 500MPa H 2 430MPa 许用弯曲应力 F 1 340MPa F 2 280MPa 弯曲载荷系数 K 1 85 接触载荷系数 K 1 40 求大齿轮所允许的输出转矩 T2 不 mmmzd80402 11 mmmzd60302 11 HEHEH t H ZZ u u bd KT ZZ u u bd KF 121 2 1 1 1 H EHZ Z u u b KT d 12 1 1 2 1 1 H d 2 1 1 H d 2 1 H a 2 1 H a mmaa H H 150 400 600 100 2 2 10 计功率损失 解 1 计算弯曲强度允许的输出转矩 2 计算接触强度允许的输出转矩 大齿轮所允许的输出转矩 T2 168938Nmm 10 一 56 有一对闭式软齿面直齿圆柱齿轮传动 已知小齿轮齿数 z1 20 传动比 i 3 模数 m 4mm 齿宽 b 80 mm 齿面接触应力 H 400MPa 大齿轮齿根弯曲应力 F2 50 MPa 现 可忽略载荷系数 K 对强度的影响 试求 1 小齿轮的齿根弯曲应力 F1 2 当其他条件不变 而 b 40mm 时的齿面接触应力 H和齿根弯曲应力 F1 F2 3 当传动比 i 及其他条件不变 而 z1 40 m 2 mm 时的齿面接触应力 H和齿根弯曲应 力 F1 F2 解 1 2 3 因为 d1不变 10 57 设计铣床中一对直齿圆柱齿轮传动 已知功率 P1 7 5kW 小齿轮主动 转速 n1 1450r min 齿数 z1 26 z2 54 双向传动 工作寿命 Lh 12000h 小齿轮对轴承非对称布置 轴的刚性较大 工作中受轻微冲击 7 级制造精度 FSaFaF YY zbm KT 1 2 1 2 Nmm YYYYK zbm T SaFa F SaFa F 24555298 70 85 1 2 20440 min 2 2 22 2 11 11 2 1 34 78 55 1 8 2 340 11 1 SaFa F YY 98 70 75 1 28 2 280 22 2 SaFa F YY Nmm n n TT7366573245552 2 1 12 HEHH ZZ u u zbm KT 12 2 1 2 1 Nmm ZZu u K zbm T EH HH 56312 8 1895 2 430 4 3 4 12 20440 min 12 2 22 2 21 2 1 2 1 Nmm n n TT168938356312 2 1 12 MPa YY YY SaFa SaFa FF 01 55 73 1 28 2 55 1 8 2 50 22 11 21 HEHH ZZ u u zbm KT 12 2 1 2 1 MPa b b HH 68 565 40 80 400 FSaFaF YY zbm KT 1 2 1 2 MPa b b FF 02 110 40 80 01 55 11 MPa b b FF 100 40 80 50 22 MPa HH 400 MPa zm zm FF 02 110 402 204 01 55 2 2 1 2 1 2 11 MPa zm zm FF 100 402 204 50 2 2 1 2 1 2 22 11 解 略 10 58 设计一斜齿圆柱齿轮传动 已知功率 Pl 40kW 转速 n1 2800r min 传动比 i 3 2 工作 寿命 Lh 1000h 小齿轮作悬臂布置 工作情况系数 KA 1 25 解 略 12 10 59 设计由电动机驱动的闭式圆锥齿轮传动 已知功率 P1 9 2kW 转速 n1 970r min 传动 比 i 3 小齿轮悬臂布置 单向转动 载荷平稳 每日工作 8 小时 工作寿命为 5 年 每年 250 个 工作日 13 解 略 第十一章第十一章 蜗杆传动蜗杆传动 14 一 选择题一 选择题 11 1 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 11 2 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 11 3 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 11 4 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 11 5 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 11 6 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 11 7 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 11 8 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 11 9 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 11 10 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 11 11 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 11 12 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 11 13 蜗杆常选用的材料是 C AHT150 BZCuSn10P1 C45 号钢 DGCr15 11 14 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 15 C轮齿折断与塑性变形 D 胶合与塑性变形 11 15 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 B 12 TT 12 iTT C D 12 TiT 1 2 iT T 二 填空题二 填空题 11 16 蜗杆直径系数 q d1 m 11 17 蜗杆传动发生自锁的条件是 v 11 18 阿基米德蜗杆与蜗轮正确啮合的条件是 ma1 mt2 m a1 t2 1 2 11 19 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 11 20 对滑动速度 vs 4m 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 11 21 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 11 22 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 11 23 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 11 24 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 11 25 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 11 26 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 11 27 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 16 11 28 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 11 29 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 B 300MPa 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 B 300MPa 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 11 30 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 11 32 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 11 33 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 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 17 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 11 34 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 z2 26 否则将使传动平稳性 变差 z2也不宜太大 z2 80 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 11 35 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 11 35 图 11 36 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 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 18 题 11 36 图 四 设计计算题四 设计计算题 11 37 某传动装置中采用蜗杆传动 电机 功率 P 10kW 转速 n 970 r mim 蜗杆 传动参数 z1 2 z2 60 q 8 m 8 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 W D v 1a F 2t F 1t F 2a F 1r F 2r F 1 n 19 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 11 37 图 解 1 如图 2 3 4 11 38 图示为简单手动起重装置 已知 m 8 z1 1 z2 40 q 10 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 30 2 60 1 2 2 1 2 1 z z n n i smsmm D v n 01