《机械制造装备设计》关慧贞第三版课后习题答案

1、机械制造装备设计关慧贞第三版课后习题答案1-1为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用？制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转化为规模 生产力的工具和桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装 备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。1-2机械制造装备与其他工业化装备相比， 特别强调应满足哪些要求？为什么？ 柔性化 精密化 自动化 机电一体化 节材节能 符合工业工程要求 符合绿色工 程要求1-3柔性化指的是什么？试分析组合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔 性制造系统的柔性化程度。其柔性表现在哪里？柔性化有俩重含义：产品机构柔

2、性化和功能柔性化。数控机床、柔性制造单元或系统具有较高的功能柔性化程度。在柔性制造系统中， 不同工件可以同时上线，实现混流加工。组合机床其柔性表现在机床可进行调整 以满足不同工件的加工。1-7对机械制造装备如何进行分类？加工装备：采用机械制造方法制造机器零件的机床。工艺装备：产品制造是用的各种刀具、模具、夹具、量具等工具。仓储运输装备：各级仓库、物料传送、机床上下料等设备。辅助装备：清洗机和排屑装置等设备。1-9机械制造装备设计有哪些类型？他们的本质区别是什么？ 类型：创新设计、变型设计和模块设计1-12哪些产品宜采用系列化设计方法？为什么？有哪些优缺点 ？系列化设计方法是在设计的某一类产品中

3、，选择功能、结构和尺寸等方面较典型 产品为基型，运用结构典型化、零部件通用化、标准化的原则，设计出其他各种 尺寸参数的产品，构成产品的基型系列。优点：1）用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。2）可以减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研 制周期。3）可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成 本。4）零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后 服务质量。5）为开展变型设计提供技术基础缺点：用户只能在系类型谱内有限的品种规格中选择所需的产品，选到的产品，一方面其性能参数和功能特性不一定最符合用户的需求。另一方面有些功

4、能还可 能冗余。1- 15设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法极为重要，为什么？技术经济评价可靠性评价人机工程学评价结构工艺性评价产品造型评价标 准化评价2- 1机床设计应满足哪些基本要求？其理由是什么 ？工艺范围、柔性、与物流系统的可亲性、刚度、精度、噪声、成产率自动化、成本、生产周期、可靠性、造型与色彩 2-4机床系列型谱的含义是什么？为了以最少的品种规格，满足尽可能多用户的不同需求，通常是按照该类机床的 主参数标准，先确定一种用途最广、需要量较少的机床系列作为基型系列”，在这系列的基础上，根据用户的需求派生出若干种变型机床，形成 变型系列”。基型”和 变型”构成了机

5、床的 系类型谱”。2-5机床的基本工作原理是什么？通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，使 工件具有要求的几何形状和尺寸。2-7工件表面发生线的形成方法有哪些？轨迹法、成形法、相切法、展成法2-20机床的主参数及尺寸参数根据什么确定？通用机床的主参数和主参数系列国家已制订标准，设计时可根据市场的需求在主 参数系列标准中选用相近的数值。专用机床的主参数是以加工零件或被加工面的 尺寸参数来表示，一般也参照类似的通用机床主参数系列选取。2-23机床主传动系都有哪些类型？由哪些部分组成？按驱动主传动的电动机类型：交流电动机驱动、直流电动机驱动按传动装置类型：机械传动装置、

6、液压传动装置、电气传动装置以及它们的组合 按变速的连续性：分极变速传动、无极变速传动主传动系一般由动力源（如电动机）、变速装置及执行件（如主轴、刀架、工作 台），以及开停、换向和制动机构等部分组成。26、某车床的主轴转速 n=401800r/min，公比/min，试拟定结构式，转速图；确定电动机的转速n电14齿轮的齿数、带轮的直径；演算转速误差；画出主传动系统图。解：该主轴的变速范围为： Rnnmax180045 nmin40根据变速范围、公比可求变速的级数ZlgRiilg45 11 121glgl.41拟定结构式12的传动副数为2或3的传动万案有以下几种:2 21 1 1 1 1引32342

7、6./o12Av?- 1 nJ 3111 2 2 Av2 22 32 2 卫2 21 1112121212212332343431262222262121根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的的原则确定12 31 23 26作转速图如下： 查表可获得 12 级转速为 40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、 18001440r/minI II III IV1800r/min 1250 900 630 450 315 224 160 112 80 56 40u主2符合要求u主最后扩大组的变速范围：Ri符合要求符合要求带轮的直径计算（因功率参数等

8、不详仅举例说明）：查表取小带轮的基准直径为125mm则大带轮直径d2取查表取大带轮的基准直径为200mm齿轮齿数的确定：I II轴之间的传动副共有3对传动比为1:1 1:1.411:2如果采用模数相同的标准齿轮，则三对传动副的齿轮和相同查表可得Sz取Sz，60，72，84，96,.可以确定 三个传动副的齿数为1440r/min1800r/min 1250 900 630 450 315 224 160 112 80 56 401： 1传动副 3636 1： 1.41传动副 30 42 1： 2传动副2448同理可确定II III轴的齿数和取84 1： 1传动副齿数取42 42 1: 2.82传

9、动 副齿数取22 62 III IV之间的传动副齿数和取 90 2:1的传动副齿数取 60 30 1： 4的传动副齿数取 1872转速误差的计算主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算n实际.电理论转速 实际转速 转速误差率(%)1 40 1.70di(1) U1U2U3J22 56 0.313 80 1.704 112 1.065 160 1.066 224 1.067 315 0.148 450 0.149 630 0.1410 900 1.511 1250 1.3112 1800 1.539.32 56.17 78.64 110.81 158.30 221.63 314.56 449

10、.38 629.13 886.5 1266.43 1773 允许误差：根据上表可知转速误差率在允许的范围内绘制传动系统图如下：27、某机床主轴转速n=1001120r/min，转速级数Z包括拟定结构式和转速图， 画出主传动系统图。X，电动机的转速n电1440/inin，试设计该机床的主传动系，Rnnmax1120IhZnminlOOZn t41查表可获得8级转速为100，140，200，280，400，560，800，1120拟定8级 转速的结构式：8 21 22 248 21 24 228 22 21 248 22 24 218 24 21 228 24 22 21根据级比规律和传动副前多后

11、少、传动线前密后疏的的原则确定8 -122 24I II III IV 1120 800 560 400 280 iu主max 1 1,41 1,41 2符合要求符合要求符合要求u主min 31.4131/2,82最后扩大组的变速范围：Ri xi(Pi 1) 1.414(2 1) 4带轮的直径计算(因功率参数等不详仅举例说明)：查表取小带轮的基准直径为 125mm 则 大 带 轮直 径取 0.015d2 id 1(1) 1440 125 (1 0.015) 221.625mm 800查表取大带轮的基准直径为224mm齿轮齿数的确定：I II轴之间的传动副共有2对传动比为1:11:1.41如果采

12、用模数相同的标准齿轮，则三对传动副的齿轮和相同查表可得Sz取，48, 60, 72, 84, ,48可以确定 两个传动副的齿数为1： 1传动副24241： 1.41 传动副 20 28同理可确定II III轴的齿数和取 601： 1传动副齿数取30301： 2传动副齿数取20 40III IV之间的传动副齿数和取 721.41： 1的传动副齿数取42 301： 2.82的传动副齿数取1953转速误差的计算主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算 n实际.电理论转速实际转速转速误差率().,140 0.89 3 200 0.89 4 280 0.89 5 400 1.5 6 560551.6

13、 1.5 7 800 788 1.5 8 1120 1103.2 1.5 100.98 141.25 201.78 282.49 394允许误差：根据上表可知转速误差率在允许的范围内绘制传动系统图如下：28试从，级变速机构的各种传动方案中选出最佳方案，并写出结构式，画出转速图和传动系统图。转速不重复的方案:183133 29183129331831 2918332931182931 3318293331182132 3618213632183221 361832362118 36 :12 2118362132183123 3618313623182331 3618233631183631 23

14、18362331转速一重复的方案18312326-1 1823312626 11821 3226261等根据级比规律和传动副前多后少、传动线前密后疏的的原则确定 也可选择转速重复的方案。假定最小转速为31.5r/min查表可得各级转速为 31.5, 40, 50, 63, 80, 100,125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600。1440r/mi nI II III IV1600r/mi n 1250 1000 800 630 500 400 315u主Wu主61/4最后扩大组的变速范围：符合要求1/4符合要求8

15、符合要求xi(Pi 1) 1.269(21)8带轮的直径计算(因功率参数等不详仅举例说明).：查表取小带轮的基准直径为 125mm 则 大 带 轮 直 径取 0.015d2 id 1(1) 1440 125 (1 0.015) 221.625mm 800查表取大带轮的基准直径为224mm齿轮齿数的确定：I II轴之间的传动副共有2对传动比为1:11:1.251:1.6如果采用模数相同的标准齿轮，则三对传动副的齿轮和相同查表可得Sz取立 “，52, 54, 72, “72可以确定 三个传动副的齿数为1： 1传动副36 361： 1.25 传动副 32 401： 1.6传动副 28 44同理可确定

16、II III轴的齿数和取841:1传动副齿数取42421: 2传动副齿数取28 561: 4传动副齿数取17 67III IV之间的传动副齿数和取902: 1的传动副齿数取60 301: 4的传动副齿数取1872转速误差的计算72主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算 n实际.电理论转速 实际转速 转速误差率（%）理论转速 实际转速 转速误差率（%）10 250 1.79 1 31.5 0.98d1（1） U1U2U3J22 40 0.033 50 0.034 63 0.515 80 78.8 1.56 100 98.5 1.57 125 0.298 160 1.59 200 197 1

17、.531.81 39.98 49.99 62.68 125.36 157.611 315 1.5112 400 1.513 500 0.0314 630 630.4 0.63515 800 788 1.516 1000 0.2917 1250 0.86418 1600 1.5254.47 319.90 399.88 492.5 1002.9 1260.8 1576允许误差：根据上表可知转速误差率在允许的范围采用双速电机时公比一般取1.41和1.26本例中取1.41Rn Zn 50011 JI nmin45IgR nlg11.1111 Sig Lgl.41查表可获得8级转速为45, 63, 90

18、，125，180，250，360, 500拟定8级转速的结构式：8 21 22 24 8 21 24 22 8 22 2 1 248 22 24 218 24 21 22 8 24 22 21选用多速电机是将多速电机作为第一扩大组放在传动式前面基本组放在第一扩 大组的后面 因此确定最后的结构式为I轴的带轮转速为720r/min查表取小带轮的基准直径为125mm则大带轮直径d2 取电1440125 (1 0.015) 24625mm 720IIII 1440 1000 720 500 360 250 180 125 90 63 45查表取大带轮的基准直径为250mmI1 u主符合要求符合要求符合

19、要求u主最后扩大组的变速范围：Rixi(Pi 1) 1.414(2 1) 4齿轮齿数的确定：I II轴之间的传动副共有2对传动比为1:2 1:2.82如果采 用模数相同的标准齿轮，则三对传动副的齿轮和相同查表可得Sz取Sz仙,69, 72, 75, .可以确定 三个传动副的齿数为1： 2传动副23 46 1：2.82传动副1851同理可确定II III轴的齿数和取72 1.41： 1传动副齿数取42 30 1： 2.82传动 副齿数取19 53转速误差的计算主轴各级转速所获得的实际转速按下面的公式计算 n实际 电理论转速 实际转速 转速误差 率(%)90 4 125 5 180 2.66 6

20、250 0.71 7 360 2.66 8 500 0.71 44.87 63.56 89.73 127.12 175.21 248.22 350.43 496.44 0.297 0.89 0.297 1.7 允许误差：根据上表可知转速误差率在允许的范围主轴要求的很功率范围为电机所能达到的恒功率范围取取Z=44 21 22机械分级结构式可写作Z电机的恒功率范围为15004500r/min经过1:1.1251:11:1 三对传动副在主轴可获得的功率范围为13334000r/mi n（红色）经过1:1.1251:21:1 三对传动副在主轴可获得的功率范围为 6672000r/mi n（黑色）经过1

21、:1.1251:11:4 三对传动副在主轴可获得的功率范围为3331000r/mi n（绿色）经过1:1.1251:21:4三对传动副在主轴可获得的功率范围为167500r/min（蓝色）四段之间互有搭接40167r/min用的是电机的恒转矩段40r/min的主轴转速对应的电机的转速为40r/min的主轴转速对应的电机消耗的功率为1000 667 500 1333 nN3.6KW 15KW2-36进给传动与主传动相比较，有哪些不同点？1）进给传动是恒转矩传动2）进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速3）进给传动的转速图为前疏后密结构4）进给传动的变速范围5）进给传动系采用传动间隙消除机构6

22、）快速空程传动的采用7）微量进给机构的采用2-37进给伺服系的驱动部件有哪几种类型？其特点和应用范围怎样? 步进电动机、直流伺服电动机、交流伺服电动机、直线伺服电动机2- 39机床控制系统有几种分类方法？是如何进行分类的？ 按自动化程度分类：手动、机动、半自动、自动控制系统。按控制系统是否有反馈：开环、半闭环、闭环控制系统。按控制方式和内容分类：时间控制、程序控制、数字控制、误差补偿控制和自适 应控制3- 1主轴部件应满足哪些基本要求？旋转精度、刚度、抗振性、温升和热变形、精度保持性3-11根据什么原则选择支承件的截面形状，如何布置支承件上的助板和助条？1）无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚

23、度都比实心的大，而且同样的断面 形状和相同大小的面积，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面 的抗弯刚度和抗扭刚度都高。所以为提高支承件的刚度，支承件的截面应是中空 形状，尽可能加大截面尺寸，在工艺可能的条件下壁厚尽量薄一些。2）圆（环）形截面抗扭刚度好于方形，抗弯刚度比方形低；以承受弯矩为主的支承件的截面形状应取矩形，并以其高度方向为受弯方向；以承受转矩为主的支 承件的截面形状取圆（环）形。3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。截面应尽可能 设计成封闭形状。助板的布置取决去支承件的受力方向。肋条置于支承件某一内壁上，主要为了减小局部变形和薄壁振动，用来提高支承

24、件的局部刚度。3-12提高支承件结构刚度和动态性能有哪些措施？提高支承件结构刚度的主要方法是：根据支承件受力情况合理的选择支撑件的材 料、截面形状和尺寸、壁厚，合理的分布肋板和肋条。提高动态性能的方法：1、改善阻尼特性2、采用新材料制造支承件3-14镶条和压板有什么作用？镶条：镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧向间隙，镶条应放在导轨受力较小的一侧压板：压板用来调整辅助导轨面的间隙， 承受颠覆力矩，用配刮垫片来调整间隙 3-16提高导轨精度、刚度和耐磨性的措施1）合理选择导轨的材料和热处理2）导轨的预紧3）导轨的良好润滑和可靠防护4）保证完全的液体润滑，用油膜隔开相接触的导轨面，加大导轨的接触

25、面和减轻负载，争取磨损要使摩擦面上的压力分布均匀。 导轨的形状尺寸要尽可能对集 中负载对称。3-21加工中心上刀库的类型有哪些？鼓轮式刀库、链式刀库、格子箱式刀库和直线式刀库3-23典型换刀机械手有哪几种？各有何特点？适用范围如何？1）单臂双手爪型机械手：这种机械手的拔刀、插刀动作都由液压动作来完成， 根据结构要求，可以采取液压缸动、活塞固定；或活塞动、液压缸固定的结构形式。这种液压缸活塞的密封松紧要适当， 太紧了往往影响机械手的正常动作， 要 保证既不漏油又使机械手能灵活动作。2）双臂单手爪交叉型机械手：应用有 JCS 013型卧式加工中心3）单臂双手爪且手臂回转轴与主轴成 45的机械手：这

26、种机械手换刀动作可靠， 换刀时间短，但对刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求较高， 机械手离加工区较近。4）手抓。5）钳形杠杆机械手。5- 2机床夹具的组成有哪些部分？定位元件及装置、夹紧元件及装置、导向及对刀元件、机床连接元件、夹具体、其它元件及装置5- 3何谓六点定位原理？何谓定位的正常情况和非正常情况？他们各包括哪些 方面？原理：采取适当约束措施，消除工件的六个自由度，实现工件定位。定位的正常情况：根据加工表面的位置尺寸要求，需要限制的自由度均已被限制 （可以是完全定位、不完全定位）定位的非正常情况1）欠定位：需要限制的自由度没有完全被限制2）过定位：某个自由度被两个或两个以

27、上的约束重复限制5- 7加紧和定位有何区别？对夹紧装置的基本要求有哪些？工件通过夹具上的定位元件获得正确的位置，称为定位 通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧 基本要求：1）保证加工精度2）夹具的总体方案应与年生产纲领相适应3）安全、方便、减轻劳动强度4）排屑顺畅5）机床夹具应有良好的强度、刚度和结构工艺性5- 10使用夹具来加工工件时，产生加工误差的因素有哪些方面？他们与零件的 公差有何关系？1）工件在夹具中的安装误差，它包括定位误差和夹紧误差2）夹具在机床上对定误差，指夹具相对于刀具或相对于机床成形运动的位置误 差。3）加工过程中出现的误差第三项一般不易估算，夹具精度

28、验算是指前俩项的和不大于工件误差的2/3为合格，定位误差一般不大于工件误差的 1/3为合格。6- 1试述物流系统设计的重要意义？要缩短生产周期，必须同时改善加工、检验、搬运、停滞等环节，尤其是搬运和 停滞。虽然加工是制造生产价值的主作业，然而它对缩短整个系统生产周期的作 用并不显著。根据统计，在总经营费用中，20%50%是无聊搬运费用，合理的物流设计可使这项费用至少减少10%30%。6- 2物流系统的组成环节有哪些？物流系统设计时应满足哪些要求？ 水平结构：由供应物流子系统、生产物流子系统、销售物流子系统 垂直结构：管理层、控制层、作业层满足要求1）应可靠地、无损伤地、快速实现物料流动；2）具

29、有一定的柔性；3）尽量缩短装卸工件的辅助时间及工序间流动路线；4）尽量减少在制品积压；5）合理的物料（毛坯、在制品、产品）储存量。6- 4料仓式和料斗式上料装置的基本组成及其根本区别是什么？ 料仓式上料装置的组成：料仓、隔料器、上料器、上料杆、下料杆等部分。料斗式上料装置的组成：装料机构：由料斗、搅动器、定向器、剔除器、分路器 、送料槽、减速器等组成。储料机构：由隔料器、上料器等组成。料斗式上料装置和料仓式上料装置的主要不同点在于，后者只是将已定向整理好的工件由储料器向机床供料，而前者则可对储料器中杂乱的工件进行自动定向整 理再送给机床。6- 6目前机床间工件传输装置有哪几种？ 托盘、随行夹具

30、、传送装置、有轨运输小车、无轨运输小车6-7为什么要采用随行夹具？随行夹具的三种返回方式各有什么特点？ 用于结构复杂或较软的有色金属工件返回方式：有上方返回、下方返回、水平返回6-8常见的滚道式输送装置有哪些？其特点是什么？ 无动力式滚子传动机和动力式滚子传动机特点：具有结构简单、工作可靠、安装拆卸方便、易于维修、线路布置灵活等优 点。6-11自动化仓库的基本类型有哪些？ 按货架构造形式分类为单兀货格式、贯通式、水平循环式和垂直循环式。6-12堆垛机货叉的工作原理是什么？堆垛机在巷道轨道上行走，其上的装卸托盘可沿框架或立柱导轨上下升降，以便对准每一个货格，取走或送入货箱。6-13自动化仓库的工作原理是什么？1）进库2）传送3）入库4）出库5）返回原始位置6-14工厂总体物流系统设计的基本步骤是什么？1）基本原始资料收集2 ）物流分析3）作业单位相互关系分析4）物流与作业单 位的相互分析5）面积设定6）面积相关图解7）方案评价8）详细布置6- 16物流搬运装备的选择原则是什么？1）上下料时间要符合生产节拍的要求，缩短辅助时间，提高生产率2）上下料工作力求稳定，