哈工大《机械系统设计》课后习题解答.doc

哈工大机械系统设计课后习题解答第一章1.机械工程科学研究的内容包括几大分学科？各学科之间相互关系又怎样？ 机械工程科学研究的内容包括机械学和机械制造学两大分学科。 机械学：对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学。 机械制造学：研究机械制造系统及过程手段的科学。 设计和制造是两个不可分割的统一体，设计为核心，制造为基础，二者缺一不可。反之可出现:用先进的设计技术设计出”质量很差的先进产品,或用先进的制造技术生产出”落后的高质量产品”，因此两者不能偏废.2.什么是系统？系统有和特性？ 具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体。系统具有以下特性： 目的性：完成特定功能是系统存在的目的，人类不论设计和种产品，都要求此产品必须达到预期的特定功能。 相关性与整体性：相关性即系统是由两个或两个以上要素构成，而每个要素之间都是有机地并以特定的关系联系在一起，当一个要素改变时就会影响与此相关的其他要素；整体性即一个系统整体功能的实现，并不是某个要素单独作用的结果。 环境的适应性：任何一个系统都存在与一定的环境之中，为使系统运行良好并完成特定功能，必须使其对外部环境的各种变化和干扰有良好的适应性。3.什么是机械系统？机械系统有几大部分组成？机械系统在产品中的地位与作用？ 机械系统由若干个机器与机构及其附属装置组成的；由质量、刚度和阻尼各元素所组成 的系统。 从系统所能完成的功能来分，机械系统由动力系统、执行系统、传动系统、操纵控制系统、支承系统和润滑、冷却密封系统组成。 机械系统无处不在，但在设计时，可根据所设计的产品功能来决定子程序的取舍。机械系统是基础，只要掌握了它并结合不同产业的特点，就可以设计出不同行业的设备。4在设计机械系统时，为什么特别强调和重视从系统的观点出发？机械设计的最终目的是为市场提供优质高效、价廉物美的机械产品，在市场竞争中取得优势，赢得用户，取得良好的经济效益。产品的质量和经济效益取决于设计、制造和管理的综合水平，而产品设计则是关键。没有高质量的设计，就不可能有高质量的产品；没有经济观念的设计者，决不可能设计出性能价格比好的产品。因此，在机械产品设计中，特别强调和重视从系统的观点出发，合理地确定系统的功能；重视机电技术的有机结合，注意新技术、新工艺及新材料等的采用；努力提高产品的可靠性、经济性及保证安全性。第三章执行系统设计1、执行系统由几大部分组成？简述其分类及可实现的功能？执行系统由执行末端件和与之相连的执行机构两大部分组成。执行末端件是直接与工作对象接触并完成一定工作（夹持、移动、转动等）或在工作对象上完成一定动作（切削、锻压、清洗等）的零部件。执行机构是为执行末端件提供力并带动它实现运动，即把传动系统传递过来的运动和动力进行必要的交换，以满足执行末端件的要求。执行系统的分类：按执行系统对运动和动力的不同要求可分为：动作型、动力型及动作动力型。按执行系统所完成的任务可分为：单一型、相互独立型及相互联系型。执行系统的功能：1)实现运动形式或运动规律变换的功能（主要功能）（1）预期固定轨迹或简单可调轨迹（2）匀速运动（平动、转动）与非匀速运动（平动，转动或摆动）的变换（3）连续运动与间歇式的转动或摆动的变换2)实现开关、联锁和检测等的功能（1）运动的离合或开停（2）换向、超越或反向止动（3）联锁、过载保护、安全制动（4）锁止、定位、夹压等（5）测量、放大、比较、显示、记录、运算等3)实现程序控制的功能4)实现施力功能2一般执行轴由几大部分组成？执行轴的基本要求有哪几项？如果达不到设计要求，将有什么影响？执行轴机构的组成：由执行轴、安装在其上的传动件（齿轮、皮带轮等）、密封件、轴承、轴承间隙调整及固定元件（螺母）等组成。执行轴机构设计的基本要求：1)旋转精度：是指装配后，在无载荷、低速转动的条件下，主轴安装工件或刀具部位相对于理想旋转中心线的空间瞬时旋转误差：径向跳动、轴向串动及角度摆动。旋转精度若达不到设计要求，会影响精密或高精密机械系统的工作精度。2)静刚度：是指机械系统或零部件抵抗静态外载荷引起变形的能力。静刚度不足会影响加工精度（形位精度及表面粗糙度）、传动质量及加工平稳性。3)抗振性：是指主轴受交变载荷时，能够平稳地运转而不发生振动的能力。其抗振能力较差时，会影响加工表面质量、刀具耐用度、主轴轴承寿命、产生噪声、影响工作环境。4)温升和热变形：温升使主轴组件的形状和位置发生畸变。如果温升和热变形达不到要求，主轴部件的形状和位置发生畸变，主轴伸长，轴承间隙发生变化，若前后轴承温升不同，还会使主轴倾斜。(5 ) 耐磨性：是指其长期保持原始精度的能力，即精度保持性。耐磨性对于长期保持原始精度影响很大。3.影响执行轴组件的静刚度 有哪些因素？从哪些方面来提高？影响因素有很多，如主轴的尺寸和形状，轴承的型号、数量、预紧力和配置形式。前后支撑的距离和主轴前段悬量，传动件的布置方式，主轴组件的制造和装配质量等。在满足要求的情况下减小主轴的长度；适当增加辅助轴承，采用刚度大的轴承，例如推力球轴承轴心刚度大；合理设置预紧力，在满足要求的情况下，减小预紧力；合理设置配置形式，增加前支承的刚度；减小前后支承的距离，减小主轴前端的悬伸量；合理布置主轴传动件的位置，例如将齿轮安装在前后轴承之间或后轴承之后的主轴后悬伸处，将皮带装在后支承后部主轴的悬伸处；提高主轴组件的制造和装配质量等。第五章支承系统设计1、试分析普通车床上车削外圆柱面时床身的变形情况,并说明对加工精度的影响。P172在顶尖车削加工外圆柱面时，车床的变形分析：在竖直平面内，因受 和 的作用产生弯曲变形 ，在水平面内受 和 的作用产生弯曲变形 ，在横截面内，受扭矩 得作用，产生扭转变形，扭转角为 。进给力 使床身产生拉伸变形。（其中 ， ， 分别为主切削力，背向力，进给力）床身的弯曲和扭转变形，使床身上的溜板连同刀具一起相对于工件发生位移，从而引起加工误差。竖直平面内的变形使工件半径增加 ;水平面内引起的半径增加值为 ；横截面内引起的半径增加值 。加工误差随工件半径的增大而增大。由于床身的变形，加工后的工件半径偏大，影响加工精度。2、见书P178页和P179页，第一个在下面加型肋板；第二个在下侧和右侧加型肋板；第三个在下侧加W型肋板。3、何谓支撑件的接触刚度？接触刚度与构件自身的刚度有何不同，如何提高支撑件的接触刚度？两个支撑件的表面接触时，平均压强p与变形 之比为两支撑件的接触刚度。接触刚度与构件自身的刚度有两点不同：构件自身刚度是构件抵抗外部变形的能力；接触刚度 ，其中p为平均压强， 为变形； 不是一个固定值，即p与变形 呈非线性关系，因此更准确的定义为 。提高支撑件的接触刚度：预先施加一个载荷，使两接触面之间在承受外载荷之前已有一个预加压强 。合理设置支撑件的自身刚度和局部刚度来调整接触压强的分布，减小接触压强分布不均与，从而使接触刚度增大。第六章1、机械系统控制的主要任务？答：使各执行机构按一定的顺序和规律动作。改变各运动构件的运动（位移，速度和加速度）和规律（轨迹）协调各运动构件的运动和动作，完成给定的作业环节要求对整个系统进行监控及防止事故，对工作中出现的不正常现象及时报警消除。2、典型闭环系统由哪些环节组成及作用？答：典型的闭环系统由给定环节，测量环节，比较环节，校正及放大环节，执行环节组成。给定环节是给出与反馈信号同样形式的控制信号，确定的被控对象”目标值”的环节。给定环节的物理特征可以是电量，非电量，也可是数字量或模拟量。测量环节是用于测量被控对象，并将被控变量转化为另一物理量（一般为电量）的环节。比较环节将输入信号与测量环节发出的有关被控变量的反馈量信号进行比较的环节。校正及放大环节是为了实现控制，要将偏差信号作必要的校正，然后进行功率放大以便推动执行机构。执行环节是接受放大环节的控制信号，驱动被控对象按照预期的规律运动的环节。3、控制系统有哪些基本要求？P195答:（1）稳定性要求，系统的稳定性是系统的固有特性，与输入无关，控制系统的稳定是系统正常工作的前提。（2）响应特性要求，其包括动态特性和稳态特性。4、什么是超调量？超调量反映了系统的什么性能？答：超调量是指输出量的最大值减去稳态值，与稳态值之间的比值(书上有公式)。超调量反映了系统的动态性能（阻尼特性）中的平稳性，超调量越小，说明系统阻尼越强，响应过程越慢，超调量过大，可使系统的瞬态响应出现严重超调，而且响应过程在长时间内不能结束。5、数控系统由哪几部分组成？简述各部分的作用？答：控制系统由控制介质，控制装置，伺服驱动装置，可编程控制器，检验装置组成。控制介质是贮存数控加工所需的全部动作和刀具相对工件位置信息的媒介物，它记载着零件的加工程序。数控装置是用于机床数字控制的专用电子计算机，它能接收零件加工要求的信息，进行处理并实时向各坐标轴的私服单元发出控制指令。伺服驱动装置接受由数控装置发出的控制指令，检测装置将位移的实际值检测出来，反馈给伺服系统中调节电路比较器，当有差值的时候就发出信号，不断进行比较，不断发出信号，直到差值为0，停止运动。可编程控制器用于开关量的控制。检测装置在调节控制中，主要完成实时监测反馈，从而实现差值控制，他的检测精度决定了数控机床的加工精度。第八章 定义 ：稠厚的油脂状半固体。用于机械的摩擦部分，起润滑和密封作用。也用于金属表面，起填充空隙和防锈作用。 润滑油、润滑脂的性能： 润滑油的主要质量指标：1、粘度：液体受外力作用移动时，液体分子间的阻力成为粘度 2、粘温特性 ：润