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机械结构设计 习题答案 1 第一章机械结构设计导论 1 机械结构包括那几个方面的设计 各自的设计内容和目的如何 本课程侧重学习的是哪方面设计 具体要求是什么 2 机械结构设计 可分为下述三个方面 1 功能设计为满足主要机械功能要求而进行的设计 2 质量设计兼顾各种要求和限制 提高产品的质量和性能价格比 3 优化设计和创新设计用结构设计变元等方法系统地构造优化设计解空间 用创造性设计思维方法和其他科学方法优选和创新 本课程侧重学习功能设计和质量设计 具体要求 学习结构设计的基本原则 了解结构设计的步骤和方法 3 2 结构设计过程的基本原则是什么 结合以往做过的课程设计 如减速器设计等 解释设计过程的原则 4 从内到外 从重要到次要 从局部到整体 从粗略到精细 统筹兼顾 权衡利弊 反复检查 逐步改进 设计基本结构草图 常常是先画工作面草图 然后在工作面之间填材料 即着手设计 逐步扩展设计 从局部到总体 在此过程中 通过改变工作面的大小 方位 数量及构件材料 表面特性 连接方式等 不断比较各种可能的结构 选择最佳方案 5 第二章机械结构设计导论 1 离合器的作用有哪些 离合器的分类如何 离合器的作用是使同轴线的两轴 或轴与该轴上的空套传动件 如齿轮 皮带轮等 根据工作需要随时接通或分离 以实现设备的启停 变速 换向及过载保护 6 按其结构 功能的不同 啮合式离合器 摩擦式离合器 超越式离合器 安全离合器 按其操作方式的不同 操纵式 机械 气动 液压 电磁操纵式 和自动离合器 7 2 啮合式离合器有哪些优 缺点 应用于哪些场合 由两个半离合器组成 利用两个半离合器的齿爪相互啮合传递运动和转矩 按其结构的不同 又可分为牙嵌式和齿轮式 优点 结构简单 紧凑 接合后不会产生滑动 可传递较大扭矩且传动比准确 缺点 但齿爪不易在运动中啮合 一般只能在停转或相对转速较低时接合 故操作不便 应用 用于要求保持严格运动关系 或速度较低的传动链中 8 3 试述摩擦式离合器的优 缺点和使用场合 优点 1 靠摩擦力传递运动和扭矩 过载时离合器接合面产生打滑 能避免损坏零件 起到安全保护作用 2 且摩擦片的接合及分离动作是逐步完成的 连续且平稳 无冲击 可以在运转中进行 缺点 因摩擦片的打滑不能保证准确的传动比 且传递的扭矩不可过大 使用场合 广泛用于需要频繁启动 制动或速度大小及方向频繁变换的传动中 9 18 单边拨动滑移齿轮 发生自锁时 如何消除 为了使滑移齿轮能顺利移动 拨动力F必须克服滑移齿轮与轴间的摩擦阻力 B 滑移齿轮长度 A 滑移齿轮中心到拨叉拨动部位的径向距离 联立两方程 附加正压力N 在接触长度一半上按三角形分布 10 代入f值后 可知 会发生自锁 因此设计时应保证使A满足下列条件 即 11 补充 写出传动路线表达式 P26图2 13 图2 14 图a是由两个滑移齿轮变速组组成的变速系统 传动路线表达式 六种转速 12 运动传至 轴后 分两条路线传给主轴 在轴 和轴 之间 轴 和轴 之间采用了两个三联滑移齿轮变速组 轴 的一种转速传至轴 可变为9种 轴 到轴 之间的机构看成是变速级数为2的变速组 13 轴 到轴 之间3 3 2 18级转速 一个变速传动系统的变速级数等于各变速组变速级数的乘积 14 第三章典型工程结构实例 4 符合轴向静定原则的轴向支承方式有哪三种 试简述每种支承方式的特点 P63 15 符合轴向静定原则的常见轴承轴向支承方式有三种 一端定位支承方式 固定 松弛支承方式 16 两端定位 调隙支承方式 将两个轴向定位约束分别安置在轴两端的支承上 它通常由两个圆锥滚子轴承或两个角接触轴承组成 装配时用螺母或其他方法调节轴承圈 保证所需的轴向间隙或轴向预紧 无轴向刚体位移 当轴的热膨胀比支承它的壳体热膨胀大时 会引起附加轴向力 可调节的轴承轴向间隙 限制附加轴向力 17 两端定位 游隙支承方式 近似于两端定位 调隙支承方式 将两个轴向约束分别安置在轴两端的支承上 但其中一个支承的轴向止推件和轴承圈 通常为外圈 之间留有一定的间隙S 18 5 常用轴承中 哪些轴承可单独做固定支撑 哪些必须成对用作固定支承 哪些不可用作固定支承 P67 一端定位支承方式 由于松弛轴承在轴向完全自由 即不能承受任何轴向力 因此 固定支承必须要能承受正反双向轴向力 能承受很小轴向力 19 6 何谓松弛轴承 为什么松弛轴承最多只能一圈轴向定位 至少必须一圈轴向定位 在一端定位支承方式中 松弛轴承的功能是保证轴在轴向能完全自由伸缩 松弛轴承轴向定位的原则是 在满足轴承不承受轴向力的前提下 尽量多加轴向定位 避免轴承游动 20 当滚动体和一轴承圈之间在轴向有相对移动的可能性时 松弛轴承内外圈4个面都得轴向定位 21 当滚动体和任一轴承圈之间在轴向都无相对移动的可能性时 为避免轴承游动 至少将一圈轴向定位 22 7 分析图6 16 图6 18 图6 21 图6 22 图6 24 图6 25所示主轴的支承 他们是否符合轴向静定原则 分别属于哪一种轴向支承方式 一端固定 一端松弛 图6 16 图6 18 图6 21 图6 22两端 调隙 图6 24 图6 25 23 第三章CA6140型卧式车床的结构分析 1 分析CA6140车床传动系统 1 证明f2 0 5f1 f1为纵向进给量 f2为横向进给量 F横 1 58 58 33 33 63 100 100 75 25 36 u基 25 36 36 25 u倍 28 56 36 32 32 56 4 29 40 48 48 48 59 18 5 0 355 u基 u倍 F纵 1 58 58 33 33 63 100 100 75 25 36 u基 25 36 36 25 u倍 28 56 36 32 32 56 4 29 40 48 28 80 Pi 2 5 12 0 71 u基 u倍 f2 0 5f1 24 2 算出主轴的转速级数Z 正转最高转速n和反转最低转速n 转速级数Z 2 3 1 2 2 30 4条传动路线 u1 28 80 20 80 1 16 u2 28 80 51 50 1 4 u3 50 50 20 80 1 4 u4 50 50 51 50 1 u2 u3 所以只有3种传动比所以 2 3 4 1 18加上高速6级 总的24级正转最高转速1400转 min 参考图5 16反转最低转速 900 50 36 22 58 20 80 20 80 26 58 120 25 3 当主轴转速分别为450r min 160r min 40r min时 各能实现扩大螺距多少倍 转速20r min 能扩大螺距16倍 40r min扩大螺距4倍 160r min不能扩大4倍及16倍 扩大16倍只能是最低6级转速 扩大4倍只能是次低6级转速 26 4 主传动和刀架传动中共有几个换向机构 他们的作用是什么 能否互相替换 主轴的两个换向装置 轴1正反 离合器 轴IX X实现左 右旋螺纹 溜板箱换向机构M6 M7实现进给左 右换向和横向进给前后换向 27 4 如果用光杆或丝杆既作车螺纹又作车外圆的传动机构 有什么问题 车螺纹用丝杆精度较高 使用少磨损也少 可确保有较高的精度 另 光杆可以实现多种较小进给量 因此两者均不能取而代之 28 6 车径节螺纹和车公制螺纹时刀架的传动路线有什么不同 为什么 29 7 为了提高传动精度 车螺纹的进给运动传动链中不应有摩擦传动件 而超越离合器却是靠摩擦传动的 为什么可以用于进给传动链中 超越离合器防止高速和低速进给发生干涉 30 2 分析CA6140车床结构 1 主轴受轴向切削力作用后 如何传到箱体上 31 2 片式摩擦离合器传递功率的大小与哪些因素有关 如何传递转矩 怎样调整 离合器的轴向压力是如何平衡的 工作时摩擦离合器是否会自动松开 为什么 P17 P78 32 工作原理 当压紧机构带动压紧套向左移动 将内外摩擦片相互压紧时 则轴1的运动靠摩擦片之间的摩擦力 通过外摩擦片传给齿轮2 将运动接通 因靠摩擦片之间的摩擦力传递扭矩 所以离合器传递扭矩的大小取决于压紧块的压紧力 摩擦片间的摩擦系数 摩擦片的作用半径以及摩擦面对数 33 3 对照主轴箱展开图 说明动力由电机传到轴1时为什么要采用卸荷带轮 转矩是如何传到轴1的 试画出轴1的有卸荷带轮和无卸荷带轮时的受力情况简图 34 35 4 CA6140车床共有几种离合器 说明它们各自的用途和特点 八个离合器 M1双向多片式摩擦离合器 M2齿轮式啮合离合器 M8 超越离合器 M3M4M5齿轮式离合器 M6M7牙嵌式离合器 36 4