机械设计作业集11答案新版

v
D
W
Fa1
Fa 2 Fr 2
Ft 2
Ft1
n1
Fr1
题 11—37 图 解： （1）如图 （2）
i
1
2

n1 z2 60 30 n2 z1 2
1 n1 / 30 970 3.386 30 30 900 D 600 v 2 3.386 1015.78mm / s 1.015m / s 2 2 2
（3）
W
P 10 103 0.7 6896.55 N v 1.015
（4）
T1 95.5
P 10 95.5 105 98453.6 Nmm n1 970 2T1 2 98453 2 98453 12306.7 N d1 z1q 28 2T2 2 221520 2 221520 923N d2 z2 m 60 8
T2 T1
B D
T2 iT1
T2 iT1
二、填空题
T2
iT1

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。
T2 T1i1 98453.6 3 0.75 221520.6 Nmm
Ft1 Fa 2 Fa1 Ft 2
Fr1 Fr 2 Ft 2 tan 923 tan 20 335.9 N
班 姓 学
-1-
级 名 号
成
绩
任课教师 批改日期
机械设计作业集 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 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 C
学
号
批改日期
机械设计作业集 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。
1 2 3
答：
i
1 n1 z 2 d 2 2 n2 z1 d1
1 2 3
d1 d 2 m ( z1 z 2 ) 2 2 2T 2T i 2T Ft 2 2 1 1 Ft1 d2 d2 d1 n z d i 1 1 2 2 2 n2 z1 d1 a
姓 学
-2-
名 号
任课教师 批改日期
机械设计作业集 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。 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（ 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 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 ?
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。
Fr1
Ft 2 Fa1 Ft1
n1
Fa 2
Fr 2
n2
n2
Fa1
Fr 2
n2
Ft 2
Ft1
n1
Fa 2
Fr1
题 11— 35 图
n1
班 姓 学
-4-
级 名 号
成
绩
任课教师 批改日期
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。 班 级 成 绩
机械设计作业集
第十一章 蜗杆传动
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 ηl，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 11— 13 蜗杆常选用的材料是__C__。 A HT150 B ZCuSn10P1 C 45 号钢 D GCr15 D 蜗轮齿面接触强度和蜗轮齿根弯曲强度
机械设计作业集 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。
4 1
5
6
3
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2
题 11—36 图
蜗杆左旋
4 1
Fa1 Ft1
Fa 2 Fa 3 Fa 5 Fa 4
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。
d1 d 2 m m (q z2 ) ( z1 z2 ) 2 2 2 2T2 2T1i 2T1i 2T1i 2T1 2T Ft 2 1 d2 d2 d2 d2 d1 tan d1 a
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 班 级 成 绩 大，蜗杆的支承跨距较大，蜗杆受力后会产生 姓 名 任课教师 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。 -3-
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n6
Fa 6
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班 姓 学
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级 名 号
成
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任课教师 批改日期
机械设计作业集
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， 右旋，蜗杆蜗轮啮合效率 η1=0.75，整个传 动系统总效率 η=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。