机械设计复习讲解Word格式.docx

1、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

2、。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。

3、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 z1 2 ，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：z i Z 20 2 40由蜗杆传动的中心距:a2（d1 d2）2（d1mz2）则蜗杆分度圆直径：d12a mz2 （2 2008 40） 80mm蜗杆直径系数：q80 “10m8蜗杆顶圆直径：da12ham 80 2 1 896mm蜗杆根圆直径：d f12（ ha c ）m 80 2（1 0.2） 8 60.8mm蜗杆轴向齿距：Px8mm 25.133mm蜗杆导程

4、：Fnmzi8 2 50.266mm蜗杆分度圆导程角：arcta n Z1 arcta n 11 18 36q 10蜗杆分度圆直径：d2 mz2 8 40 320mm蜗杆喉圆直径：da2 d2 2ham 320 2 1 8 336mm蜗杆外径：de2 da2 m 336 8 344mmdf2d2 2（ ha c ）m 320 2 （1 0.2） 8 300.8mm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i1 2 ；蜗杆传动效率 0.86,传动比i2 18，蜗杆头数z3 2，模数m=10mm

5、分度圆直径d3 80mm ，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。42） 5.27 10 N mm1）蜗杆的转矩6 P 6T3 9.55 10 h （9.55 10 ni蜗杆切向力Ft3与蜗杆轴向力Fa4： Ft3Fa42T3 2 5.27 10 3K1- 1.32 10 Nd3 80Ft3与Fa4方向相反。蜗轮齿数：z4 i2z318 236蜗轮分度圆直径：d4mz310 36360mm蜗轮切向力与蜗杆轴

6、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：Fr3 Fr4 Ft4tan 4.53 103 tan20 N 1.65 103N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

7、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 b 2，蜗杆的模数 m=5mm，直径系数q=10，

8、蜗杆传动的传动比i2 50，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 arctan 2 1118 36蜗杆传动的啮合效率：1tantan111836tan（ v）tan（11 18 36 7 5811 ）蜗轮转矩：T4T1i1i2 1 210 2 500.571.14 106Nmm能提升的物重：t4w 4D/21.14 1061.14104N200 /2v由于 11 18 36大于v 7 5

9、8 11，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

10、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

11、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。

12、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 110m m,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

13、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

14、 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、4 B、5、6 C、7、87.链传动最适宜的中心距为 _B_。A、20p30p; B、30p50p; C、50p80p;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 _BA、链传动 B、带传动10.链轮的z最小取 B , z最大取。B、9 C、17 D、80 E、120 F、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

15、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： Ft 5400N， Fr 2010N， Fa 1400 N。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

16、。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Ft 100 5400 100“Fah t N 2700N200 200Fbh Fah 2700NFav、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

17、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

18、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

19、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

20、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 F e ,X=1 ,Fr（注：30206,派生轴向力，F 丘,e

21、=0.37。当 旦2Y Fr3Y=0。基本额定动载荷 Cr=43.2X 10 No）（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 rmmmZ rm3.6 20 “mm 36mm2）水平面支反力，如下图所示。匚!30n=650Nx 8080N=650NF2x FtF1x（1300650） N 1.95 10 N3）垂直面支反力l -FaFr 40-250 36 400 40N=87.5NF2y Fr F1 （400

22、87.5） N 488N4）轴承上的径向载荷轴承12 2 2 2Fr1 . F1x F1y . 650 87.5 N 656N轴承2Fr2 , F2x2 F2y2 （1.95 103）2 4882 N 2.01 10N（2 ）计算轴承上的轴向载荷 Fa1、Fa2Fs1 Fr1s1 2Y656N 205N2 1.6Fs2 I2Y2.01 103N 628N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Fs1 FA （205 250）N 455N Fs2可以判断轴承1为压紧端，轴承2为放松端。于是（628 250）N 378NFa2 Fs2 628N（3 ）计算轴承的当量动载荷

23、 Pr1、Pr2因 e=0.37，则甩 378 0.58 e，區 0.31 eFr1 656 Fr2 2.01 103XFr1 YFa1 （0.4 656 1.6 378） N 867NPr2 Fr2 2.01 10NPr2P，则取Pr2.01 103N（4）计算轴承的寿命Lh106 ftCr106 1 43.2 103 3 4,L h3 h 8.21 10 h Lh60n fdPr601450 1.5 2.01 10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

24、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

25、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 . 20Cr B

26、. 40Cr C. GCr15 D. 20CrMnTi3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