机械设计复习讲解Word格式.docx
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有时虽然已知蜗杆主动，却不知道其具体转向，而只知道从动件蜗轮在工作中的转向，左右手定则也就不便直接应用，只好由其他方法作出判断。
（4）蜗杆或蜗轮转向的判断
在蜗杆传动的受力分析中，常常需要判断蜗杆或蜗轮的转向。
对于零件未知转向的判断，往往需要全面掌握主从动件切向力方向判断，切向力与另一零件轴向力的关系，以及反映主动件转向，轮齿旋向和轴向力方向之间关系的“左右手定则”知识。
6.圆柱蜗杆传动的强度计算
蜗杆传动的强度计算，主要为蜗轮齿面的接触疲劳强度计算和蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算。
关于蜗杆传动的强度计算，在不同教科书，公式的表述形式各不相同，一般只要求做到以下程度就可以了。
1）对计算公式不要求进行推到，但要熟悉公式中各符号和参数的含义及确定方法，并能够正确地应用公式。
注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同。
2）注意区别蜗杆传动与齿轮传动强度计算公式中的不同，如：
由于蜗杆传动效率较低，计算中已不能忽略其影响，故公式中转矩用蜗轮转矩T2，而非蜗杆转矩T1；
其次，由于强度
计算只针对蜗轮进行，故许用应力、齿形系数等都应取蜗轮的数据。
3）注意公式中单位统一
4）蜗杆和蜗轮的结构
蜗杆一般与轴作成一体；
蜗轮结构形式多样，为降低成本，减少有色金属消耗，一般对采用组合式结构。
典型例题
蜗杆传动的常见题型和齿轮传动相似，有时也与齿轮传动综合起来考虑。
包括概念类题型、主要参数及几何计算和设计计算题等。
例1：
以标准阿基米德蜗杆传动，已知模数m=8mm，蜗杆头数z12，传动比i=20，要求
中心距a=200mm，试确定蜗杆和蜗轮的主要参数及几何尺寸。
解：
蜗杆齿数：
ziZ]20240
由蜗杆传动的中心距:
a
2（d1d2）2（d1
mz2）
则蜗杆分度圆直径：
d1
2amz2（2200
840）80mm
蜗杆直径系数：
q
80“
10
m
8
蜗杆顶圆直径：
da1
2ham80218
96mm
蜗杆根圆直径：
df1
2（hac）m802
（10.2）860.8mm
蜗杆轴向齿距：
Px
8mm25.133mm
蜗杆导程：
Fn
mzi
8250.266mm
蜗杆分度圆导程角：
arctanZ1arctan—
111836
q10
蜗杆分度圆直径：
d2mz2840320mm
蜗杆喉圆直径：
da2d22ham320218336mm
蜗杆外径：
de2da2m3368344mm
df2
d22（hac）m3202（10.2）8300.8mm
例2如图所示为斜齿轮-蜗杆减速器，小齿轮由电动机驱动，转向如图。
已知：
蜗轮右旋；
电动机功率P=4kW，转速n=1450r/min,齿轮传动的传动比i12；
蜗杆传动效率0.86,
传动比i218，蜗杆头数z32，模数m=10mm分度圆直径d380mm，压力角20
齿轮传动效率损失不计。
试完成以下工作：
1.使中间轴上所受轴向力部分抵消，确定各轮的
旋向和回转方向。
2求蜗杆啮合点的各分力的大小，并在图中画出力的方向。
1）各轮的旋向回转方向以及蜗杆在啮合点的各分力方向如图所示所示。
4
2）5.2710Nmm
1）蜗杆的转矩
6P6
T39.5510h（9.5510ni
蜗杆切向力Ft3与蜗杆轴向力
Fa4：
Ft3
Fa4
2T325.27103K1
-1.3210N
d380
Ft3与Fa4方向相反。
蜗轮齿数：
z4i2z3
182
36
蜗轮分度圆直径：
d4
mz3
1036
360mm
蜗轮切向力与蜗杆轴向
力方向相反，
大小：
Fa3与Ft4方向相反。
蜗轮径向力与蜗杆径向力方向相反，大小：
Fr3Fr4Ft4tan4.53103tan20N1.65103N
解题要点：
1.根据蜗轮和蜗杆旋向相同规律可知，蜗轮右旋，蜗杆也右旋。
2.要使中间轴上蜗杆和大齿轮的轴向力部分抵消，需要两个零件的轴向力相反。
只有蜗杆
和大齿轮的齿向相同时，由于两者转向相同，轮齿旋向相同，但一为从动（大齿轮）、
一为主动（蜗杆），其轴向力才必然反向。
进而由大齿轮右旋，推定小齿轮必为左旋。
3.由已知小齿轮转向，则大齿轮-蜗杆轴的转向可以确定，即：
与n1转向相反。
由蜗杆在
啮合中主动轮，利用"
左右手定则”（右手握蜗杆），即可判定蜗杆的轴向力Fa3方向。
再由蜗轮切向力Ft4与蜗杆轴向力Fa3方向相反，可确定蜗轮切向力Ft4方向。
进而由蜗
轮从动，其切向力Ft4为驱动力，可确定蜗轮转向、蜗杆转向。
而由蜗杆主动，其切向
力Ft3是蜗杆运动的工作阻力，可确定蜗杆切向力Ft3方向（Ft3方向在啮合点与蜗杆3
转向相反）。
4.注意将各分力画在相应啮合点上。
尤其要注意不要把轴向力直接画在零件的轴线上。
此
夕卜，还应掌握正确地表达空间受力简图。
例3:
如图所示为一斜齿轮-双头蜗杆传动的手摇起重装置。
手柄半径R=100毫米，
卷筒直径D=200mm，齿轮传动的传动比b2，蜗杆的模数m=5mm，直径系数q=10，蜗
杆传动的传动比i250，蜗杆副的当量摩擦因数亿0.14，作用在手柄上的力F=200N，
如果强度足够，试分析：
当手柄按图示方向转动，重物匀速上升时，能提升的重物为多重?
当升起后松开手时，重物能否自行下落？
齿轮传动功率损失和轴承损失不计。
蜗杆的导程角：
arctan^arctan2111836
蜗杆传动的啮合效率：
1
tan
tan111836
tan（v）
tan（11183675811）
蜗轮转矩：
T4
T1i1i212
10250
0.57
1.14106Nmm
能提升的物重：
t4
w4
D/2
1.14106
1.14
104N
200/2
v
由于111836大于v75811，不满足自锁条件，因此若升起后松开手时,则重物会自行下落
小齿轮主动，动力由此输入，蜗轮是动力输出端。
输入输出转矩之比，与转动比和效率有关。
轴承及齿轮传动的效率较高，可忽略其影响，故功率损失主要取决于蜗杆副的啮合效率。
匀速提升过程中，蜗杆输出转矩为重物所产生的阻力矩。
习题
（一）填空
1.蜗杆传动中，常见的失效形式有胶合、磨损和点蚀，通常先发生在蜗轮上。
设计中。
可通过选用减磨材料、耐磨材料、改善润滑条件等来减轻。
2.蜗杆传动参数中，蜗杆分度圆直径和模数应取标准值：
蜗杆头数和蜗轮齿数应取整
虬；
蜗杆螺旋升角应取精确计算值。
3.蜗杆常用材料为钢，蜗轮常用材料为铜合金：
这样选取主要考虑配对材料应该具
有一定强度和较好的抗胶合、抗磨损性能。
4.单头蜗杆和多头蜗杆相比，其主要特点为：
结构紧凑，容易实现反行程自锁，加
工方便，效率低。
5.为了降低成本同时具有较好的减磨性和耐磨性，蜗轮的结构形式多采用组合式.轮缘
材料选用铜合金，轮毂材料选用铸铁。
6.蜗杆传动强度计算中，只计算的蜗轮强度，原因为蜗轮材料若于蜗杆材料。
（二）选择题
A、蜗轮的端面B、过蜗轮轴线，垂直蜗杆轴线的平面
C、过蜗杆曲线，垂直蜗轮轴线的平面。
5.阿基米德蜗杆传动在主剖面内的特点。
A、相当于齿轮齿条啮合，易磨损
B、相当于齿轮齿条啮合，易车削
C、相当于两齿轮啮合，易铳削
（三）问答题
1.与齿轮传动相比，蜗杆传动的特点是什么？
常用于什么场合？
2.蜗杆传动可分为哪几种类型？
有何特点？
3.什么是蜗杆的直径系数？
在何种条件下，它的取值可以不受限制?
4.在蜗杆传动中选择蜗杆的头数和蜗轮齿数时如何考虑？
5.蜗轮轮齿的弯曲强度与斜齿轮相比哪个高？
6.为什么闭式蜗杆传动要进行热平衡计算？
7.蜗杆的头数及导程角对传动的啮合效率有何影响？
8.试证明具有反行程自锁性能的蜗杆传动的效率0.5
（四）受力分析
1•如图所示的传动系统，1、2为直齿锥齿轮，3、5为蜗杆，4、6为蜗轮，设锥齿轮1为主动，转动方向如图。
试确定：
1）要求各轴上所受轴向力部分抵消，确定各轮的回转方向和各蜗杆、蜗轮的轮齿旋向。
2）画出各轮的轴向分力的方向和蜗杆3在啮合点出的三个分力的方向。
蜗轮6的旋向，并标注在图上。
（五）计算题
1•用于分度机构的普通圆柱蜗杆传动，要求传动比为45,蜗轮分度圆直径约为110mm,试
选配蜗杆传动的主要参数：
蜗杆头数、蜗轮齿数、模数、蜗杆分度圆直径和蜗杆的导程角。
2•一普通圆柱蜗杆传动，要求中心距a=160mm，传动比30，蜗轮用标准滚刀加工。
試为其
选配适合的参数z1z2,m,di及。
链传动:
1.链传动的主要类型有套筒滚子链，齿形链。
2.工作中，链节作着周期性速度的变化；
从而给链传动带来速度不均匀性和有规律的震动。
3.滚子链传动的主要失效形式有元件疲劳，磨损后脱链或跳齿、胶合、冲击破裂，
静力拉断、链轮磨损。
4.链轮的转速n越高，齿数z越少，链节距P越大，则链传动的动载荷也越大，
工作平稳性越差。
5.采用较小的链节距p和较多的链轮齿数z是减少动载荷和提高滚子链传动工作平稳性的主要方法。
1.链传动的平均传动比为_A_。
链传动的瞬时传动比为_B_。
A、常数;
B、非常数；
2.链传动的链节数是A。
A、偶数B、奇数C、质数
3.链轮齿数不宜过少，否则A。
A、运动的不均匀性更趋严重B、链条磨损后易脱落
4.一般推荐链轮的最大齿数为zmax=120，这是从减少
B考虑的。
A、链传动的运动不均匀性B、链在磨损后容易引起拖链
5.通常张紧轮应装在靠近A上。
A、主动轮的松边；
A、主动轮的紧边；
C、从动轮的松边；
D、从动轮的紧边；
6.多排链的排数一般不超过A。
A、3、4B、5、6C、7、8
7.链传动最适宜的中心距为_B_。
A、20p〜30p;
B、30p〜50p;
C、50p〜80p;
8.与带传动相比，链传动工作中的压轴力B—。
A、较大B、较小C、大体相当
9.
至于系统的高速级。
在同时包含链传动和带传动的机械系统中，应将_B
A、链传动B、带传动
10.链轮的z最小取B,z最大取。
B、9C、17D、80E、120F、150
例8-1指出图所示轴结构设计中存在的问题，并予以改正。
1）轴的两端一般应画出倒角。
2）齿轮未作轴向和周向固定。
3）右轴头用于固定半联轴器的轴端挡圈使用不当。
4）轴与齿轮及右轴承的非工作配合面过长，致使轴上零件的装、拆不便。
5）左轴承内座圈右侧的定位轴肩过高，致使轴承得不到合力拆卸。
改进后的轴，其合理结构设计如上右图所示。
例2：
普通单级斜齿圆柱齿轮减速器的输入轴，通过弹性联轴器与驱动电动机相联，已知齿
轮在轴上对称布置，距两轴承支点的计算距离均为100mm齿轮的分度圆半径为40mm齿轮
工作中所受各分力的大小分别为：
Ft5400N，Fr2010N，Fa1400N。
当轴线水
Ft方向指向纸外、轴向力Fa指向
右方。
试依次画出轴的空间受力图及垂直面、水平面受力图，并求解支反力。
平、左端外伸、啮合点在齿轮的上方时，则齿轮的圆周力
3）水平面受力图如图c,支反力
Ft1005400100“
FahtN2700N
200200
FbhFah2700N
Fav、Fbv、Fah、Fbh计算结果均为正值，表明其方向设定无误。
习题8
（一）判断题
1.重要或受力较大的轴，选用合金钢的理由是因为其对应力集中的敏感度低。
（）
2.轴的强度计算中，按许用切应力计算的方法适用于转轴的校核计算。
3.当其余条件相同时，具有相同横截面面积的空心轴比实心轴的刚度大。
4•可以用改变支点位置和改善轴的表面品质的方法来提高
轴的强度。
（）
5.为了减小应力集中，在轴的直径变化处应尽可能采用较大的过渡圆角半径。
6•弹性挡圈的轴向固定方式，结构简单，适用于轴向力较
大的场合。
（二）填空题
1•工作中，既受弯矩又受转矩作用的轴，称为转轴；
只受弯矩不受转矩作用的轴称为
心轴。
2.为提高轴的刚度，可以采用加大轴径、采用弹性模量大的材料、采用空心轴等
方法。
3•轴的圆柱面通常可采用车削、磨削加工方法获得，轴上的键槽通常则采用铳削加
工方法获得。
4.采用当量弯矩法进行轴的强度计算时，公式Me,M2（T）2中Me是当量弯矩，
是根据转矩性质而定的应力校正系数。
5•在轴的结构设计中，根据功能通常可将轴肩区分为定位轴肩和工艺轴肩。
6•轴的毛坯一般采用圆钢或锻造，铸造毛坯的品质不易保证。
7•同一轴上不同轴向位置有多个平键键槽时，键槽应布置在同一条母线上；
同一轴向
位置的两平键键槽应相差180度布置。
&
轴上零件的轴向固定可以采用轴肩、套筒等方法；
周向固定可以采用键、销
丄等方法。
9•为了提高轴的疲劳强度，可以改善其表面品质，常用的方法有：
降低表面粗糙度、采
用表面强化等。
（三）选择题
1.根据轴在工作中承载情况分类，车床主轴为_A_，自行车前轮轴为_C_。
A.转轴B.传动轴C.心轴
2.已知某减速器的输出轴，轴上传动件为斜齿轮，那么这个斜齿轮的轴向力将对轴产生
B，切向力将对轴产生__C_。
A.转矩B.弯矩C.转矩和弯矩
3.轴的刚度不够时，可以采用_B_来提高轴的刚度。
A•将碳素钢材料换成合金钢
B•采用同质量的空心轴
C.减小轴径
（四）问答题
1.轴按受载情况分类有哪些形式？
自行车的中轴和后轮轴各属于何种轴？
2•为什么常用轴多呈阶梯形？
3.常见的零件在轴上轴向和周向固定的方法有哪些？
4•轴的常用材料有哪些？
为什么不能用合金钢代替碳素钢来提高轴的刚度？
5.与滚动轴承和联轴器配合处的轴径应如何选取？
6•当量弯矩计算公式中，系数的含义是什么？
如何确定？
7.轴类零件设计应考虑哪些方面的问题，基本设计步骤如何？
8.如所示为某传动系统的两种不同布置方案的比较。
若传递功率和各传动件的尺寸参数等完全相同，则分别按强度条件计算其减速器主动轴的直径尺寸，其结果是否相同？
9.轴的强度计算中，若轴上开有键槽，则在确定轴径尺寸时该如何考虑？
10.从轴的结构工艺性考虑，同一轴上不同轴向位置的键槽，一般怎样设计比较合理?
11.在轴的结构设计中，如何考虑轴的结构工艺性？
滚动轴承:
例1锥齿轮减速器主动轴采用一对30206圆锥滚子轴承如图，已知锥齿轮平均模数
mm=3.6mm，齿数z=20,转速n=1450r/min，轮齿上的三个分力，Ft=1300N,Fr=400N,Fa=250N,
使用寿命不低于12000h,试校验轴承是否合用。
e,X=0.4,Y=1.6；
当Fe,X=1,
Fr
（注：
30206,派生轴向力，F丘,e=0.37。
当旦
2YFr
3
Y=0。
基本额定动载荷Cr=43.2X10No）
（1）计算滚动轴承上的径向载荷Fr1、Fr2
此题没有直接给出滚动轴承上的载荷，因此需通过轴系的受力分析求出轴承上的载荷。
轴系的载荷是锥齿轮上的三个分力，求支反力时要分平面，且径向力与轴向力在一个平面里。
1）锥齿轮平均半径rm
mmZrm
3.620“
mm36mm
2）水平面支反力，如下图所示。
匚!
30「n=650N
x80
80
N=650N
F2xFt
F1x
（1300
650）N1.9510N
3）垂直面支反力
l-Fa
Fr40
-2503640040
N=87.5N
F2yFrF1（40087.5）N488N
4）轴承上的径向载荷
轴承1
2222
Fr1.F1xF1y..65087.5N656N
轴承2
Fr2,F2x2F2y2（1.95103）24882N2.0110‘N
（2）计算轴承上的轴向载荷Fa1、Fa2
Fs1Fr1
s12Y
656
N205N
21.6
Fs2I
2Y
2.01103
N628N
滚动轴承的配置为背对背，派生轴向力的方向如图所示。
2）计算轴向载荷
Fs1FA（205250）N455NFs2
可以判断轴承1为压紧端，轴承2为放松端。
于是
（628250）N378N
Fa2Fs2628N
（3）计算轴承的当量动载荷Pr1、Pr2
因e=0.37，则
甩3780.58e，區0.31e
Fr1656Fr22.01103
XFr1YFa1（0.46561.6378）N867N
Pr2Fr22.0110’N
Pr2
P，则取Pr
2.01103N
（4）
计算轴承的寿命
Lh
106ftCr
106143.210334,,
Lh
3h8.2110hLh
60nfdPr
60
14501.52.0110
计算结果表明，所选轴承符合要求。
例2:
如图所示为涡轮轴系的结构图，已知涡轮轴上的轴承采用脂润滑，外伸端装有半联轴器。
试指出图中的错误，并指出其正确结构图。
解该轴系存在的错误如图所示。
（1）轴上定位零件的定位及固定
图中1:
安装蜗轮的轴头长度应小于轮毂宽度，以使蜗轮得到可靠的轴向定位。
（2）装拆与调整
图中2:
轴承端盖与机体之间无调整垫片，无法调整轴承间隙。
图中3:
左轴承内侧轴肩过高无法拆卸。
图中4:
与右轴承配合处的轴颈过长，轴缺少台阶，轴承拆装不方便。
图中5:
整体式箱体不便轴系的拆装。
（3）转动件与静止件的关系
图中6:
联轴器为转动件，不能用端盖作轴向固定，应用轴肩定位。
图中7:
轴与右轴承盖（透盖）不应接触。
（4）零件的结构工艺性
图中&
为便于加工，轴上安装蜗轮处的键槽应与安装联轴器处的键槽开在同一母线上。
图中9:
联轴器上的键槽与键之间应留有间隙。
图中10:
箱体端面的加工面积过大，应起轴承凸台。
（5）润滑与密封
图中11:
轴与轴承透盖之间缺少密封装置。
图中12:
轴承与蜗轮的润滑介质不同，应在轴承孔与箱体之间加密封装置。
改正后的轴系结构图如右上图所示。
（一）选择题1．与滑动轴承相比，以下滚动轴承的优点中，___的观点有错误。
A•内部间隙小，旋转精度高
B•在轴颈尺寸相同时，滚动轴承宽度比滑动轴承小，可减小机器的轴向尺寸。
C.滚动摩擦远小于滑动摩擦，因此摩擦功率损失小，发热量小，特别适合在高速情况下使用。
D•由于摩擦功率损失小，则滚动轴承的润滑油耗量少，维护简单，与滑动轴承相比，维护费可节约30%
2.滚动轴承套圈与滚动体常用材料为
A.20CrB.40CrC.GCr15D.20CrMnTi
3．以下材料中，不适用做滚动轴承保持架。
A.塑料B.软钢C.铜合金D.合金钢淬火
4．推力球轴承不适于高转速，这是因为高速时，从而使轴承寿命严重下降。
A．冲击过大B．滚动体离心力过大
C.滚动阻力大D.圆周线速度过大
5．下列各类滚动轴承中，除主要承受径向载荷外，还能承受不大的双向轴向载荷的是A．深沟球轴承B．角接触轴承
C.圆柱滚子轴承D.圆锥滚子轴承
6．轴承能很好地承受径向载荷与单向轴向载荷的综合作用。
A．深沟球轴承B．角接触轴承
C.推力球轴承D.圆柱滚子轴承
7．角接触轴承所能承受轴向载荷的能力取决于
A.轴承的宽度B.接触角的大小
C.轴承
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