成人高考教育理论试题及答案上(专升本)

第十一章蜗杆传动§11-1蜗杆传动特点、类型和应用§11-2普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算§11-3普通圆柱蜗杆传动设计计算§11-5圆弧圆柱蜗杆传动设计计算§11-6普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算§11-7圆柱蜗杆和蜗轮结构设计学习要求掌握蜗杆传动的几何参数的计算及选择方法了解蜗杆传动的类型、变位及刚度计算重点掌握蜗杆传动的热平衡原理和计算方法普通圆柱传动的参数选择和强度计算掌握普通圆柱和圆弧蜗杆传动的受力分析和强度计算蜗杆传动的特点、类型和应用蜗杆传动用于传递空间交错两轴之间的运动和动力。交错角一般为90°一、蜗杆传动特点1）工作平稳：兼有斜齿轮与螺旋传动的优点2）i大12zzi蜗杆——1、2、4、6传递动力时：i=8～100（常用15～50）传递运动时：i=几百～上千（单头，η↓）优点：齿轮——z1173）结构紧凑、重量轻、噪音小4）自锁性能好(用于提升机构)蜗杆传动的类型、特点和应用缺点：1）制造成本高，加工困难2）滑动速度vs大3）η低4）蜗轮需用贵重的减摩材料蜗杆传动的类型、特点和应用普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动环面蜗杆传动锥蜗杆传动圆柱蜗杆传动二、蜗杆传动的类型阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）渐开线蜗杆（ZI蜗杆）法向直廓蜗杆（ZN蜗杆）蜗杆传动的类型、特点和应用ZA型:阿基米德蜗杆中间平面：齿条与渐开线齿轮啮合端面：阿基米德螺旋线ZI型:渐开线蜗杆端面：渐开线,较精密传动ZN型:法向直廓蜗杆(刀具加工位置不同)1)圆柱蜗杆ZK型:锥面包络圆柱蜗杆1.按蜗杆形状分蜗杆传动的类型、特点和应用3)锥蜗杆啮合齿数多，ε↑，平稳↑，承载↑2)环面蜗杆接触齿对数↑，承载↑（1.5～4）倍，η高，但制造安装要求高2.按蜗杆头数分单头蜗杆：i↑，自锁性↑，η↓多头蜗杆：相反3.按旋向分左旋右旋一般采用右旋三、应用P→750KW（通常＜50KW），Vs→35m/s（通常＜15m/s）由于i大，可用于机床分度机构、仪器仪表中用于传递交错轴之间的回转运动。一般：空间垂直普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算一、圆柱蜗杆传动的基本参数1.基本齿廓垂直于蜗轮轴线且通过蜗杆轴线的平面，称为中间平面。在中间平面内蜗杆与蜗轮的啮合就相当于渐开线齿条与齿轮的啮合。只是顶隙c＝0.2m（必要时0.15mc≦0.35m），齿根圆半径ρf等于0.3m（必要时0.2m≦ρf≦0.4m）普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算2.模数m正确啮合条件：21txPP轴向端面mmmtx21∴—标准值(与齿轮不同,表13.4)cosnxmmm——蜗杆导程角3.齿形角0刀具基准齿形的齿形角：200阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆：轴向齿形角2001x法向直廓蜗杆：法向齿形角2001n普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算4.蜗杆分度圆直径d1（中圆直径）↓刀具数量同一m的蜗杆，应对直径d1进行限制d1为标准值111111tandmzdmzdpzxtan11zmd加工蜗轮时的滚刀与尺寸与与之啮合的蜗杆尺寸相同，但m一定时，由于z1和γ的变化，d1是变化的，即需要配备很多加工蜗轮的滚刀πd1pxpxγ普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算5.蜗杆直径系数qmdq1d1、m——为标准值∴q为导出值,不一定为整数11mzmqd6.蜗杆导程角γ121111111tandudqzdmzdmzdpzx33~5.3γ↑→η↑γ↓→η↓γ↑↑→制造困难m一定时，q↑——d1↑——蜗杆刚度↑z1一定时，q↑——γ↓——η↓，自锁性↑∴小m蜗杆→选用大q，保证强度和刚度→适于小P大m蜗杆→选用小q，保证效率→适于大P传递动力时:头数z1↑—γ↑—η↑∴采用多头蜗杆传递运动时:保证自锁(γ≤ρ),γ↓—z1↓,采用单头蜗杆普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算7.z1、z2蜗杆头数z1：蜗杆上蜗旋线的数目。z1=1、2、4、6等z1↑↑——加工困难12uzz传递动力：282z（↑传动平稳性，避免根切）1002z(z2↑—d2↑—蜗杆轴长↑—刚度↓)∴一般取z2=32～80z2互与z1质→均匀磨损8.i、u1221ddnni12zzu蜗杆主动时:2112nnizzu普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算9.中心距a)(2)(2)(2121221zzmzqmdda（应按表11-2系列值选取）10.变位系数1)变位目的：配凑中心距；凑传动比2)变位方法：与齿轮变位相同,靠刀具的移位实现变位故：蜗杆尺寸不能变动，只能对蜗轮变位加工蜗轮时的滚刀与蜗杆尺寸相同，加工时滚刀只作径向移动，尺寸不变普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算4)变位类型(1)齿数不变，凑a)2(2121dxmdax0，正变位aax0负变位aa3)变位结果∴蜗杆——各部分尺寸不变，但节线变化11dd蜗杆和蜗轮滚刀尺寸相同，蜗轮滚铣节圆就是装配后与蜗杆的啮合节圆蜗轮滚刀的滚铣节线不再是刀具中线(分度圆柱上母线)∴蜗轮——尺寸发生变化，但22dd)(2121ddamaax普通蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算2）a不变，齿数变化，凑i凑i：（a不变，→2z2z）)(2121zmdmax)(2121mzda)(2122zzx])2[(21)(212121zmxmdddax＞022zz齿数↓x＜022zz齿数↑二、圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算见表11-3普通圆柱蜗杆传动设计计算一、蜗杆传动失效形式、设计准则及材料选择1.失效形式与齿轮传动类似：点蚀、胶合、磨损、折断∵vs↑→η↓、发热↑→主要为：胶合、磨损、点蚀蜗轮强度较弱，失效主要发生在蜗轮上按蜗轮的齿面接触疲劳强度进行计算；之后校核蜗轮的齿根弯曲疲劳强度，并进行热平衡计算2.设计准则闭式传动：开式传动：通常只计算蜗轮的齿根弯曲疲劳强度普通圆柱蜗杆传动设计计算3.材料vs↑减摩性↑、强度↑不能都用硬材料1)蜗轮——指齿冠部分材料：减摩材料铸锡青铜：vs≥12～26m/s铸铝青铜：vs≤10m/s，抗胶合能力差铸铝黄铜：抗点蚀能力强,耐磨性差,用于vs小场合HT、QT：vs≤2m/s大直径蜗轮：铸铁（蜗杆用青铜）2)蜗杆材料碳钢合金钢热处理硬面蜗杆：首选淬火→磨削调质蜗杆：缺少磨削设备时选用普通圆柱蜗杆传动设计计算二、蜗杆传动受力分析112uTT(蜗杆主动)1——啮合效率nntndTFFcoscos2coscos222忽略Ff圆周力：12222atFdTF轴向力：11122taFdTF径向力：122tanrtrFFFFn普通圆柱蜗杆传动设计计算方向判定：1）蜗轮转向已知：n1、旋向→n2左、右手定则：四指n1、拇指反向：啮合点v2→n22）各分力方向Fr：指向各自轮心Ft蜗杆与n1反向蜗轮与n2同向12atFFFa蜗杆：左、右手定则蜗轮：12taFFFnn2n13）旋向判定∵蜗轮与蜗杆旋向相同v2普通圆柱蜗杆传动设计计算练习n1n1Fr2⊙Ft1xFa2Fa1Ft2右旋n2Fr1Fr2Ft1Fa2xFa1Ft2·n2已知：蜗杆轴Ⅰ为输入，大锥齿轮轴Ⅱ为输出，轴Ⅲ转向如图，试确定各轮转向、旋向及受力。1.n4→n3→n2→Ft2→Fa12.Fr4→Fa3→Fa2→Ft1→n1蜗轮右旋n4输出ⅢⅠⅡ1234蜗杆右旋→Ft2⊙Fr4Fa3Fa2Ft1n1n3n2Fa1x普通圆柱蜗杆传动设计计算三、蜗杆传动强度计算∵蜗轮齿强度低于蜗轮齿计算针对蜗轮1.接触强度计算][32HAEHaTKZZminlim][HHhnHSZZ------校核式32limmin2HHhnEASZZZZTKa------设计式0LKFZnEH普通圆柱蜗杆传动设计计算参数说明：1）T2——蜗轮转矩,N·mm2）K——载荷系数,K=KAKβKV3）ZE——弹性系数4）Zρ——接触系数,考虑齿面曲率和接触线长度影响,Zρ初值a是否接近？与ZZ根据查得ad1设计时：未知，初选值ad1ad1ad1112uTT（蜗杆主动）5）——许用接触应力Hσb≥300MPa，H→表11-6σb＜300MPa，HHNHK→表11-7H8710NKHN普通圆柱蜗杆传动设计计算2.弯曲强度计算难于精算条件性估算弯曲强度主要与模数、蜗轮齿宽有关FFaFYYmddKT221253.1------校核式YYzKTdmFaF2221253.1------设计式参数说明：1）YFa2——蜗轮齿形系数，→图11-192），，FFNFK→表11-8F9610NKFNyLEIFFytt3222148普通圆柱蜗杆传动设计计算3.蜗杆的刚度计算参数说明：dn——蜗杆齿根圆直径L2）——蜗杆两端支承间跨距，初选=0.9d2L3）——许用最大挠度y10001dy4.精度等级12个等级：动力传动：6～9级测量分度：5级或以上圆弧圆柱蜗杆传动设计计算一、传动特点1.传动比范围大2.易形成润滑油膜3.传动效率高(蜗杆主动)4.不易于安装二、主要参数及选择1.齿形角0推荐值：22302.变位系数x2推荐值：x2=0.5～1.53.齿廓圆弧半径ρ推荐值：ρ=（5～5.5）mlimlimHHHHSS圆弧圆柱蜗杆传动设计计算三、强度计算圆弧圆柱蜗杆传动的失效形式、设计准则及受力分析与普通圆柱蜗杆传动大体相同根据以知知条件P、n1、i或n2→a主要几何参数→表11-10几何尺寸计算→表11-111.蜗轮齿面接触疲劳强度计算mxdbYZFmzmtH22222参数说明：110dmZmH1）——蜗轮齿面接触应力mdbm645.012bm2——蜗轮平均齿宽YZ——蜗杆齿齿形系数→表11-13圆弧圆柱蜗杆传动设计计算limH2）——蜗轮齿面接触疲劳极限WnhHfffK0limK0——蜗轮与蜗杆的配对材料系数→表11-14fh——寿命系数→表11-15fn——速度系数→表11-16fW——载荷系数→fW=1(载荷平稳时)2.蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算maxlimCCSFF参数说明：2max2maxbmFCntFFt2max——蜗轮平均圆上的最大圆周力1)CFLim——蜗轮齿根应力系数极限值→表11-172)CFmax——蜗轮齿根应力系数2b——蜗轮齿弧长普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算一、蜗杆传动的效率3211─啮合效率2─轴承的效率3─考虑搅油损耗的效率)tan11(dmz　Z1↑→γ↑→η↑啮合效率η与蜗杆头数z1的近似关系:蜗杆头数z11246总效率η0.70.80.90.95－蜗杆的导程角；φv－当量摩擦角→表11－18或11-19(根据vs)滑动速度：sincos21υυυsvtantan1滑动速度↑，则φv↓为什么？vtantanη=η1η2η3=(0.95～0.96)普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算二、蜗杆传动的润滑1.目的：减摩、散热2.润滑油粘度及给油方式一般根据相对滑动速度选择润滑油的粘度和给油方法(表11－21)蜗杆下置时，浸油深度应为蜗杆的一个齿高蜗杆上置时，浸油深度约为蜗轮外径的1/6～1/3给油方法：油池润滑：喷油润滑三、蜗杆传动的热平衡1.由于η低，运转中产生热量多，导致温度升高，破坏润滑状态，从而使摩擦增大，甚至发生胶合2.为控制温升，需进行热平衡计算热平衡：在单位时间内，摩擦产生的热量等与散发的热量。普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算adttSP0111