机械设计基础第6章蜗杆
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机械设计基础之蜗杆传动蜗杆传动是一种高效率的变速传动方式,广泛应用于机械制造、重工业、冶金工业、矿山机械等多个领域。
本文将由以下几个方面来谈论蜗杆传动的基本概念、工作原理以及应用。
一、蜗杆传动的基本概念蜗杆传动是由一对蜗杆与蜗轮组成,通过蜗杆扭转蜗轮的齿轮来实现工作的。
其中蜗轮的斜齿线与蜗杆的螺旋线成一定角度,因此蜗轮只能通过蜗杆旋转而不能回转,同时在传动过程中,蜗轮的速度是滞后于蜗杆的速度,因此能够实现较大的减速比。
蜗杆传动的减速比是由蜗杆设计参数所决定的,包括螺旋角、蜗杆齿数、蜗杆直径等,不同的传动比可以根据具体需要来进行设计。
通常情况下,蜗杆传动的减速比在5-100之间,但也有特殊情况下减速比高达1000以上。
二、蜗杆传动的工作原理蜗杆传动的工作原理是由蜗杆带动蜗轮来实现传动,蜗杆的螺旋线与蜗轮的斜线齿之间的紧密配合可以实现传动功能。
因为蜗杆的螺旋线的斜度比蜗轮的齿线的斜度小很多,所以在传动过程中,螺旋线的每次旋转只能推动蜗轮前进一颗齿,因此能实现大的减速比。
同时由于蜗杆传动的特有设计,使其具有良好的自锁性,可以起到防止倒车的作用。
这种自锁性的原理是钢制蜗杆和铜制蜗轮的制作材料不同,钢的硬度比铜高,蜗杆在向前旋转时,铜制蜗轮受力对硬度较小的钢制蜗杆产生摩擦,并将其牢固紧密地压在一起。
由于钢制蜗杆的硬度高于铜制蜗轮,所以传动的不平衡力可以被牢固地锁住,从而保证了高效稳定的传动效果。
三、蜗杆传动的应用蜗杆传动具有很多优点,如紧凑的结构、高效率、高扭矩、稳定性等。
同时也有一些缺点,如制造难度较大、制造成本高、传动效率低等。
因此,在选择使用蜗杆传动时,需要全面考虑其优缺点和应用情况。
一个常见的应用场景是纺织机械,在制造纤维纺纱机时,采用蜗杆传动来传递较大的扭矩,实现布带收卷以及其他布料加工链环中的转动。
同时,由于蜗杆传动的复杂性,目前也在工业机器人、汽车和液压泵等领域得到广泛应用,也可以用于电动自行车、自行车和其他迷你设备,因其噪声小,结构紧凑等特点。
第六章 齿轮传动思考题和练习题6-1渐开线齿轮具有哪些啮合特点?解:能满足定传动比传动的要求,具有可分性,渐开线齿廓之间的正压力方位不变。
6-2什么是节圆?什么是分度圆?二者有什么区别?解:节圆是一对齿轮啮合时,以轮心为圆心,过节点所做的圆,即节点在齿轮上所走的轨迹圆;分度圆则是为了便于计算齿轮各部分的尺寸,在介于齿顶圆和齿根圆之间,人为定义的一个基准圆。
每个齿轮都有自己的分度圆,且大小是确定不变的;而节圆是对一对相啮合的齿轮而言的,节圆的大小随中心距的变化而变化。
6-3渐开线齿轮的五个基本参数是什么?解:模数、齿数、压力角、齿顶高系数、顶隙系数。
6-4标准齿轮传动的实际中心距大于标准中心距时,下列参数:分度圆半径、节圆半径、基圆半径、分度圆压力角、顶隙等哪些发生了变化?哪些不变?解:节圆半径、顶隙变大,分度圆半径、基圆半径、分度圆压力角不变。
6-5已知一对直齿圆柱齿轮的传动比5.112=i ,中心距a =100mm ,模数m =2mm 。
试计算这对齿轮的几何尺寸。
解:5.112=i , a =100mm , m =2mm ,5.1=12Z Z ,100=2)+(21Z Z m 401=z ,602=z8040211=⨯=⨯=z m d mm ,12060222=⨯=⨯=z m d mm84480211=+=+=a a h d d mm ,1244120221=+=+=a a h d d mm 。
6-6相比直齿圆柱齿轮,平行轴斜齿圆柱齿轮有哪些特点?解:一对斜齿圆柱齿轮啮合传动时,其轮齿间的接触线是倾斜的,齿面接触是由一个点开始,逐渐增至一条最长的线,再由最长的接触线减短至一个点而后退出啮合的。
因此,相比直齿圆柱齿轮,斜齿圆柱齿轮传动平稳,冲击和噪声较小,又由于同时啮合的齿对数多(重合度大),故承载能力也高。
但斜齿轮存在派生的轴向力。
6-7齿轮的轮齿切制方法有哪些?各有什么特点?解:齿轮可以通过压铸、热扎、冷扎、粉末冶金、冲压等的无屑加工方法和切削等方法来加工,其中切削加工方法具有良好的加工精度,是目前齿形加工的主要方法。
基本概念自测题一、填空题1、蜗杆传动由蜗杆和蜗__________组成,用来传递两__________轴之间的回转运动,两轴线通常成空间__________。
2、蜗杆与__________相仿,蜗轮好像一个特殊形状的__________轮,在主平面上蜗杆蜗轮传动相当于__________传动。
3、蜗杆传动的主平面指通过__________轴线并垂直于__________轴线的平面。
4、在主平面内,普通圆柱蜗杆传动的蜗杆齿形是__________线齿廓,蜗轮齿形是__________线齿廓。
5、蜗杆传动的传动比等于蜗杆头数与_______的反比________分度圆直径的反比。
6、蜗杆的头数为z1,模数为m,其分度圆直径d1__________mzl。
7、垂直交错的蜗杆传动必须是蜗杆的__________模数和压力角分别等于蜗轮的__________模数和压力角,蜗杆分度圆柱上的螺旋升角与蜗轮__________相等,且蜗杆与蜗轮螺旋方向相___________。
8、蜗杆分度圆的直径等于__________与模数的乘积,国家标准对每一个模数规定有限个蜗杆分度圆直径是为了减少__________数量。
9、与齿轮传动相比,蜗杆传动的传动比__________,效率__________,传动平稳性__________,噪声__________,当蜗杆分度圆柱上螺旋升角小于__________时实现反行程自锁。
10、蜗杆头数为zl,模数为m,分度圆直径为d1,则蜗杆分度圆柱上的螺旋升角λ=____________________;当zl、m一定时,λ越大,传动效率越_________,蜗杆强度和刚度越_________。
11、蜗轮的转向取决于蜗杆的_________和_________以及蜗杆与蜗轮的相对位置。
12、蜗杆分度圆柱螺旋升角为β,蜗杆啮合节点圆周速度为V1,则齿面间的相对滑动速度V=_________,滑动速度对蜗杆传动发热和啮合处的润滑情况以及损坏_________影响。
课程设计单级蜗杆减速器一、课程目标知识目标:1. 理解并掌握单级蜗杆减速器的基本结构、工作原理及用途。
2. 掌握蜗杆减速器的主要参数计算方法,如蜗杆直径、蜗轮齿数、传动比等。
3. 了解蜗杆减速器的优缺点以及在使用过程中应注意的问题。
技能目标:1. 能够阅读并分析蜗杆减速器的工程图,识别其主要部件和参数。
2. 能够运用所学知识,进行简单的蜗杆减速器设计计算。
3. 能够运用所学知识,对蜗杆减速器进行简单的故障分析和维护。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对机械传动装置的兴趣,激发其探索精神和创新意识。
2. 增强学生的团队合作意识,培养其在工程实践中的沟通与协作能力。
3. 强化学生对产品质量和安全意识的认识,使其在实际工作中能够遵循规范,确保设备运行安全。
课程性质分析:本课程为机械设计基础课程,旨在帮助学生掌握单级蜗杆减速器的原理、设计和应用,提高学生的实际操作能力。
学生特点分析:学生处于高年级阶段,具备一定的机械基础知识,具备一定的自学和动手能力,但对复杂机械设备的了解有限。
教学要求:结合学生特点,注重理论与实践相结合,强调实际操作能力的培养,使学生在掌握基本知识的同时,能够解决实际问题。
通过本课程的学习,学生能够具备蜗杆减速器的基本设计和应用能力,为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 引言:介绍蜗杆减速器的定义、分类以及在工业中的应用。
相关教材章节:第一章第二节。
2. 单级蜗杆减速器的基本结构和工作原理:- 蜗杆、蜗轮的结构特点及其材料选择。
- 蜗杆与蜗轮的啮合原理、传动特点。
相关教材章节:第二章第一、二节。
3. 蜗杆减速器的参数计算与设计:- 蜗杆直径、蜗轮齿数、传动比的计算方法。
- 蜗杆减速器的强度计算。
- 蜗杆减速器的设计步骤。
相关教材章节:第三章第一节、第二节。
4. 蜗杆减速器的优缺点及使用注意事项:- 蜗杆减速器的优点、缺点分析。
- 蜗杆减速器在使用过程中的维护与保养。
(专升本)机械设计基础之蜗杆传动习题与答案Sunny smile一、选择题1 与齿轮传动相比较,不能作为蜗杆传动的优点。
A. 传动平稳,噪声小B. 传动效率高C. 可产生自锁D. 传动比大2 阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮传动的模数,应符合标准值。
A. 法面B. 端面C. 中间平面3 蜗杆直径系数q=。
A. q=d l/mB. q=d l mC. q=a/d lD. q=a/m4 在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆直径系数q,将使传动效率。
A. 提高B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小z,则传动效率。
5 在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆头数1A. 提高B. 降低C. 不变D. 提高,也可能降低z,则滑动速度。
6 在蜗杆传动中,当其他条件相同时,增加蜗杆头数1A. 增大B. 减小C. 不变D. 增大也可能减小z,则。
7 在蜗杆传动中,当其他条件相同时,减少蜗杆头数1A. 有利于蜗杆加工B. 有利于提高蜗杆刚度C. 有利于实现自锁D. 有利于提高传动效率8 起吊重物用的手动蜗杆传动,宜采用的蜗杆。
A. 单头、小导程角B. 单头、大导程角C. 多头、小导程角D. 多头、大导程角9 蜗杆直径d1的标准化,是为了。
A. 有利于测量B. 有利于蜗杆加工C. 有利于实现自锁D. 有利于蜗轮滚刀的标准化10 蜗杆常用材料是。
A. 40CrB. GCrl5C. ZCuSnl0P1D. L Y1211 蜗轮常用材料是。
A. 40Cr B.GCrl5C. ZCuSnl0P1D. L Yl212 采用变位蜗杆传动时 。
A. 仅对蜗杆进行变位B. 仅对蜗轮进行变位C. 同时对蜗杆与蜗轮进行变位13 采用变位前后中心距不变的蜗杆传动,则变位后使传动比 。
A. 增大B. 减小C. 可能增大也可能减小。
14 蜗杆传动的当量摩擦系数f v 随齿面相对滑动速度的增大而 。
A. 增大B. 减小C. 不变D. 可能增大也可能减小15 提高蜗杆传动效率的最有效的方法是 。
第六章齿轮机构及其设计6.1 内容提要齿轮机构是一种高副机构,其传动平稳可靠、效率高,已被广泛应用。
本章主要解决的问题是在掌握齿廓啮合基本理论的基础上,确定渐开线齿轮传动的基本尺寸及其设计方法。
本章主要内容是:1.齿轮机构的分类;2.齿廓啮合基本定律与共轭齿廓;3.渐开线及渐开线齿廓;4.渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动;5.渐开线齿廓的切制及变位齿轮;6.斜齿圆柱齿轮传动、蜗杆传动、圆锥齿轮传动。
本章重点内容是齿廓啮合基本定律;渐开线性质;渐开线标准直齿圆柱齿轮及其啮合传动;渐开线齿廓的切制及变位齿轮;斜齿圆柱齿轮传动、蜗杆传动及圆锥齿轮传动的特点。
本章的难点是渐开线性质、渐开线齿轮传动的正确啮合条件与连续传动条件、齿廓的切制及变位齿轮等。
6.2 直齿圆柱齿轮实训题6.2.1 填空题1.渐开线直齿圆柱齿轮传动的主要优点为和。
2.渐开线齿廓上K点的压力角应是所夹的锐角,齿廓上各点的压力角都不相等,在基圆上的压力角等于。
3.满足正确啮合条件的一对渐开线直齿圆柱齿轮,当其传动比不等于1时,它们的齿形是的。
4.一对渐开线直齿圆柱齿轮无齿侧间隙的条件是。
5.渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是。
6.一对渐开线直齿圆柱齿轮啮合传动时,两轮的圆总是相切并相互作纯滚动的,而两轮的中心距不一定总等于两轮的圆半径之和。
33347.当一对外啮合渐开线直齿圆柱标准齿轮传动的啮合角在数值上与分度圆的压力角相等时,这对齿轮的中心距为 。
8.按标准中心距安装的渐开线直齿圆柱标准齿轮,节圆与 重合,啮合角在数值上等于 上的压力角。
9.相啮合的一对直齿圆柱齿轮的渐开线齿廓,其接触点的轨迹是一条 线。
10.渐开线上任意点的法线必定与基圆 ,直线齿廓的基圆半径为 。
11.渐开线齿轮的可分性是指渐开线齿轮中心距安装略有误差时, 。
12.共轭齿廓是指一对 的齿廓。
13.用范成法加工渐开线直齿圆柱齿轮,发生根切的原因是 。
14.齿条刀具与普通齿条的区别是 。
《机械设计基础课程》习题第1章机械设计基础概论1-1 试举例说明机器、机构和机械有何不同?1-2 试举例说明何谓零件、部件及标准件?1-3 机械设计过程通常分为几个阶段?各阶段的主要内容是什么?1-4 常见的零件失效形式有哪些?1-5 什么是疲劳点蚀?影响疲劳强度的主要因素有哪些?1-6 什么是磨损?分为哪些类型?1-7 什么是零件的工作能力?零件的计算准则是如何得出的?1-8 选择零件材料时,应考虑那些原则?1-9 指出下列材料牌号的含义及主要用途:Q275 、40Mn 、40Cr 、45 、ZG310-570 、QT600-3。
第2章现代设计方法简介2-1 简述三维CAD系统的特点。
2-2 试写出优化设计数学模型的一般表达式并说明其含义。
2-3 简述求解优化问题的数值迭代法的基本思想。
2-4 优化设计的一般过程是什么?2-5 机械设计中常用的优化方法有哪些?2-6 常规设计方法与可靠性设计方法有何不同?2-7 常用的可靠性尺度有那些?2-8 简述有限元法的基本原理。
2-9 机械创新设计的特点是什么?2-10 简述机械创新设计与常规设计的关系。
第3章平面机构的组成和运动简图3-1 举实例说明零件与构件之间的区别和联系。
3-2 平面机构具有确定运动的条件是什么?3-3 运动副分为哪几类?它在机构中起何作用?3-4 计算自由度时需注意那些事项?3-5 机构运动简图有何用途?怎样绘制机构运动简图?3-6 绘制图示提升式水泵机构的运动简图,并计算机构的自由度。
3-7 试绘制图示缝纫机引线机构的运动简图,并计算机构的自由度。
3-8 试绘制图示冲床刀架机构的运动简图,并计算机构的自由度。
3-9 试判断图a、b、c所示各构件系统是否为机构。
若是,判定它们的运动是否确定(图中标有箭头的构件为原动件)。
3-10 计算图a、b、c、d、e、f所示各机构的自由度,如有复合铰链、局部自由度、或虚约束请指出。
并判定它们的运动是否确定(图中标有箭头的构件为原动件)。
第6章间歇运动机构6.1 复习笔记【通关提要】本章主要介绍了棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构这四种间歇运动机构的基本原理和特点。
学习时需要牢记特点和相关计算公式。
本章多以判断题和简答题的形式出现,但是在考研中本章出现的几率较小,复习时需酌情删减内容,重点记忆。
【重点难点归纳】一、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构三种间歇运动机构原理比较(见表6-1-1)表6-1-1 三种间歇运动机构原理比较二、棘轮机构(见表6-1-2)表6-1-2 棘轮机构图6-1-1 棘爪受力分析三、槽轮机构(见表6-1-3)表6-1-3 槽轮机构四、不完全齿轮机构(见表6-1-4)表6-1-4 不完全齿轮机构五、凸轮间歇运动机构1.形式凸轮间歇运动机构通常有两种形式:圆柱形凸轮间歇运动机构和蜗杆形凸轮间歇运动机构。
2.优点运转可靠、传动平稳、定位精度高,适用于高速传动,转盘可以实现任何运动规律,转盘转动与停歇时间的比值可以通过改变凸轮推程运动角来得到。
6.2 课后习题详解6-1 已知一棘轮机构,棘轮模数m=5mm,齿数z=12,试确定机构的几何尺寸并画出棘轮的齿形。
解:顶圆直径D=m z=5×12mm=60mm齿高h=0.75m=0.75×5mm=3.75mm齿顶厚a=m=5mm齿槽夹角θ=60°棘爪长度L=2πm=2π×5mm=31.4mm棘轮的齿形如图6-2-1所示。
图6-2-16-2 已知槽轮的槽数z=6,拨盘的圆销数K=1,转速n1=60r/min,求槽轮的运动时间t m和静止时间t s。
解:槽轮机构的运动特性系数:τ=t m/t=2φ1/(2π)=(z-2)/(2z)=1/3。
拨盘转速n1=60r/min,故拨盘转1转所用的时间为1s。
槽轮的运动时间:t m=τt=1/3s。
槽轮的静止时间:t s=t-t m=2/3s。
第6章间歇运动机构6.1复习笔记【通关提要】本章主要介绍了棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构这四种间歇运动机构的基本原理和特点。
学习时需要牢记特点和相关计算公式。
本章多以判断题和简答题的形式出现,但是在考研中本章出现的几率较小,复习时需酌情删减内容,重点记忆。
【重点难点归纳】一、棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构三种间歇运动机构原理比较(见表6-1-1)表6-1-1三种间歇运动机构原理比较二、棘轮机构(见表6-1-2)表6-1-2棘轮机构图6-1-1棘爪受力分析三、槽轮机构(见表6-1-3)表6-1-3槽轮机构四、不完全齿轮机构(见表6-1-4)表6-1-4不完全齿轮机构五、凸轮间歇运动机构1.形式凸轮间歇运动机构通常有两种形式:圆柱形凸轮间歇运动机构和蜗杆形凸轮间歇运动机构。
2.优点运转可靠、传动平稳、定位精度高,适用于高速传动,转盘可以实现任何运动规律,转盘转动与停歇时间的比值可以通过改变凸轮推程运动角来得到。
6.2课后习题详解6-1已知一棘轮机构,棘轮模数m=5mm,齿数z=12,试确定机构的几何尺寸并画出棘轮的齿形。
解:顶圆直径D=m z=5×12mm=60mm齿高h=0.75m=0.75×5mm=3.75mm齿顶厚a=m=5mm齿槽夹角θ=60°棘爪长度L=2πm=2π×5mm=31.4mm棘轮的齿形如图6-2-1所示。
图6-2-16-2已知槽轮的槽数z=6,拨盘的圆销数K=1,转速n1=60r/min,求槽轮的运动时间t m和静止时间t s。
解:槽轮机构的运动特性系数:τ=t m/t=2φ1/(2π)=(z-2)/(2z)=1/3。
拨盘转速n1=60r/min,故拨盘转1转所用的时间为1s。
槽轮的运动时间:t m=τt=1/3s。
槽轮的静止时间:t s=t-t m=2/3s。
6-3在转塔车床上六角刀架转位用的槽轮机构中,已知槽数z=6,槽轮静止时间t s =5/6s,运动时间t m=2ts,求槽轮机构的运动特性系数τ及所需的圆销数K。