2026年螺旋传动试题及答案

2026年螺旋传动试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下螺旋传动类型中，通过压力油膜实现低摩擦传动的是（）。A.滑动螺旋传动B.滚动螺旋传动C.静压螺旋传动D.谐波螺旋传动答案：C2.梯形螺纹与矩形螺纹相比，主要优势是（）。A.传动效率更高B.加工工艺更简单C.牙根强度更高D.自锁性更弱答案：C3.滑动螺旋传动的主要失效形式是（）。A.螺杆的疲劳断裂B.螺纹牙的塑性变形C.螺纹副的磨损D.螺母的剪切破坏答案：C4.滚动螺旋传动中，钢球循环方式为“内循环”时，其结构特点是（）。A.钢球循环路径长，刚性差B.需设置返向器，结构复杂C.循环路径短，径向尺寸小D.适用于大导程传动答案：C5.螺旋传动中，当量摩擦角ρv增大时，传动效率η将（）。A.增大B.减小C.不变D.先增后减答案：B6.某螺旋千斤顶的螺杆采用45钢（σs=355MPa），其许用应力[σ]的取值通常为（）。A.σs/1~σs/2B.σs/3~σs/5C.σs/6~σs/8D.σs/10~σs/12答案：B7.为提高螺旋传动的定位精度，最有效的措施是（）。A.增大螺纹升角B.减小螺距误差C.提高螺杆转速D.增加螺母厚度答案：B8.静压螺旋传动中，油膜厚度的设计需满足（）。A.大于螺纹副的表面粗糙度峰值B.小于螺纹副的表面粗糙度峰值C.等于螺纹副的表面粗糙度平均值D.与表面粗糙度无关答案：A9.滚动螺旋副的额定动载荷C是指（）。A.理论上可承受的最大静载荷B.寿命为100万转时的最大载荷C.额定寿命下能承受的最大动载荷D.启动时的瞬时最大载荷答案：C10.螺旋传动自锁的条件是（）。A.螺纹升角λ＞当量摩擦角ρvB.螺纹升角λ＜当量摩擦角ρvC.螺纹升角λ=当量摩擦角ρvD.导程角φ＞摩擦角ρ答案：B二、填空题（每空1分，共15分）1.螺旋传动按其用途可分为（）、（）和调整螺旋传动三类。答案：传力螺旋传动、传导螺旋传动2.滑动螺旋的螺纹牙多采用（）螺纹，其牙型角为（）度。答案：梯形；303.滚动螺旋副的主要组成部件包括（）、（）、（）和返向器。答案：螺杆、螺母、钢球4.螺旋传动中，螺杆的强度校核需考虑（）和（）的组合作用。答案：轴向力、扭矩5.静压螺旋的油膜承载能力与（）、（）和油膜厚度有关。答案：供油压力、油腔面积6.滚动螺旋的预紧方式主要有（）、（）和变位预紧法。答案：垫片预紧法、螺纹预紧法7.螺纹升角λ的计算公式为（），其中P为螺距，d2为（）。答案：λ=arctan(P/πd2)；中径三、简答题（每题6分，共30分）1.简述滑动螺旋传动与滚动螺旋传动的主要优缺点。答案：滑动螺旋传动优点：结构简单、成本低、自锁性好；缺点：效率低（30%-70%）、磨损快、精度保持性差。滚动螺旋传动优点：效率高（90%以上）、磨损小、精度高、寿命长（为滑动螺旋的10倍以上）；缺点：结构复杂、成本高、自锁性差（需附加制动装置）。2.分析静压螺旋传动的工作原理及适用场景。答案：静压螺旋传动通过液压系统向螺纹副的油腔供给压力油，形成承载油膜，使螺杆与螺母不直接接触。工作时，油膜承受轴向载荷，摩擦仅发生在油液内部，故摩擦系数极低（约0.001-0.005）。适用于高精度、高承载、低摩擦的场合，如大型数控机床的进给系统、精密测量设备的微调机构。3.说明螺纹升角对螺旋传动效率和自锁性的影响，并写出效率计算公式。答案：效率η=tanλ/tan(λ+ρv)（λ为螺纹升角，ρv为当量摩擦角）。当λ增大时，分子tanλ增大，分母tan(λ+ρv)增速更快，故η先增后减，存在最优值（通常λ=4°-10°时效率较高）。自锁条件为λ≤ρv，此时η≤50%，传动不可逆，外力去除后能保持位置。4.滚动螺旋副为什么需要预紧？常用预紧方法有哪些？答案：预紧可消除螺杆与螺母间的轴向间隙，提高传动刚度和定位精度，避免反向传动时的空程误差。常用预紧方法：①垫片预紧法：在双螺母间加垫片并调整厚度；②螺纹预紧法：通过调节双螺母的轴向位置实现预紧；③变位预紧法：制造时使螺母螺纹滚道相对于螺杆偏移一定量。5.滑动螺旋的螺纹牙为什么易发生磨损？可采取哪些措施提高耐磨性？答案：滑动螺旋的螺纹副为滑动摩擦，接触压力大（尤其是螺母的第一、二圈螺纹牙），且润滑条件差，故易磨损。提高耐磨性的措施：①选用减摩材料（如螺杆45钢淬火，螺母ZCuSn10P1锡青铜）；②优化螺纹参数（减小螺距，增加螺纹圈数以降低单圈载荷）；③改善润滑（采用二硫化钼润滑脂或油雾润滑）；④表面处理（螺杆表面淬火、氮化提高硬度）。四、计算题（共35分）1.（12分）某滑动螺旋千斤顶，最大起重量F=80kN，螺杆材料为45钢（σs=355MPa，许用应力[σ]=60MPa），螺母材料为ZCuSn10P1（许用剪切应力[τ]=40MPa，许用弯曲应力[σb]=60MPa）。螺纹参数：公称直径d=40mm，螺距P=7mm，中径d2=36.5mm，小径d1=31mm，螺母高度H=60mm。试校核：（1）螺杆的拉伸强度；（2）螺母螺纹牙的剪切强度（取螺纹工作圈数z=H/P）。解：（1）螺杆受轴向拉力F和扭矩T的组合作用。扭矩T=F×d2/2×tan(λ+ρv)，取当量摩擦系数f'=0.1（梯形螺纹ρv=arctanf'≈5.71°），λ=arctan(P/πd2)=arctan(7/π×36.5)≈3.5°，则tan(λ+ρv)=tan(3.5°+5.71°)=tan9.21°≈0.162。T=80000×36.5×10^-3/2×0.162≈235.14N·m。螺杆的当量应力σe=√(σ^2+3τ^2)，其中σ=F/(πd1²/4)=80000/(π×31²×10^-6/4)≈107.4MPa，τ=T/(Wp)=235.14/(πd1³/16)=235.14×16/(π×31³×10^-9)≈31.6MPa。σe=√(107.4²+3×31.6²)=√(11534.76+2990.11)=√14524.87≈120.5MPa＞[σ]=60MPa（不满足）。（2）螺母螺纹牙剪切强度校核：z=H/P=60/7≈8.57（取8圈）。单圈螺纹牙承受的剪力Fz=F/z=80000/8=10000N。螺纹牙剪切面积A=πd×b（b为螺纹牙根部厚度，梯形螺纹b≈0.65P=0.65×7=4.55mm）。τ=Fz/(πd×b)=10000/(π×40×4.55×10^-6)=10000/(5.71×10^-4)≈17.5MPa＜[τ]=40MPa（满足）。结论：螺杆拉伸强度不满足，需增大螺杆小径或更换高强度材料。2.（12分）某数控机床进给系统用滚动螺旋副，已知轴向工作载荷F=15kN，转速n=1200r/min，工作寿命Lh=15000h，载荷系数fw=1.2，温度系数ft=1.0（温度＜100℃）。试计算该滚动螺旋副的额定动载荷C（额定寿命L=60nLh/10^6转）。解：额定寿命L=60×1200×15000/10^6=1080万转。根据滚动螺旋寿命公式L=(C/(fwF))^3×10^6，代入数据得：1080×10^4=(C/(1.2×15000))^3×10^6→(C/18000)^3=1080×10^4/10^6=10.8→C/18000=³√10.8≈2.21→C≈18000×2.21=39780N≈40kN。3.（11分）某精密螺旋传动的螺距P=5mm，螺杆长度L=500mm，要求螺距累积误差ΔPΣ不超过0.03mm。已知螺距误差的主要来源为热变形，螺杆材料线膨胀系数α=11.5×10^-6/℃，装配时环境温度与工作温度差Δt=5℃。试计算：（1）热变形引起的螺距累积误差；（2）判断是否满足精度要求。解：（1）螺杆热变形量ΔL=αLΔt=11.5×10^-6×500×5=0.02875mm。螺距累积误差由热变形引起的部分ΔPΣ热=ΔL×(P/L)=0.02875×(5/500)=0.0002875mm（每螺距），总累积误差为ΔPΣ热总=ΔL=0.02875mm（因螺杆整体伸长，各螺距误差叠加）。（2）实际允许ΔPΣ=0.03mm，计算得热变形引起的ΔPΣ=0.02875mm＜0.03mm，满足要求（需考虑其他误差源如制造误差，若总误差≤0.03mm则合格）。五、分析题（共20分）1.（10分）某立式加工中心的Z轴进给系统原采用滑动螺旋传动，现拟改造为滚动螺旋传动。试从传动性能、精度保持性、可靠性三方面分析改造的必要性。答案：①传动性能：滑动螺旋效率低（约50%），需更大驱动功率；滚动螺旋效率＞90%，可减小电机功率，响应速度更快（适合高速进给）。②精度保持性：滑动螺旋因磨损导致螺距误差增大，精度衰减快（需频繁调整）；滚动螺旋为滚动摩擦，磨损极小，精度保持性高（寿命期内无需调整）。③可靠性：滑动螺旋易因润滑不良导致咬死，维护成本高；滚动螺旋自带循环润滑系统，摩擦副不直接接触，可靠性更高（适合长时间连续运行）。综上，改造后可显著提升加工中心的效率、精度和可靠性。2.（10分）某螺旋压力机在工作中出现螺杆断裂事故，经检查螺杆材料为45钢（未热处理），螺纹牙型为矩形，断裂位置在螺杆与螺母啮合段的起始处。试分析可能的失效原因及改进措施。答案：可能原因：①材料强度不足：45钢未热处理（抗拉强度约600MPa），螺杆受拉扭组合应力时易断裂；②螺纹牙型不合理：矩形螺纹牙根较窄（无径向间隙），应