机械制造装备设计-习题解答

1、“机械制造设备设计”部分的练习问题第一章：1-3软件化是什么意思？ 对复合机床、普通机床、数控机床、加工中心和柔性制造系统的软化程度进行了分析。 灵活性在哪里呢？a :机械制造设备的软件化是机床可以调整到满足不同的工件加工性能。 软化包括软化产品结构和软化功能。应随着软件化，从高到低的顺序排列：普通机床、数控机床、加工中心、FMS、复合机床(专用机床)。普通机床软件化功能多、适应性强，功能软件化的数控机床和加工中心可以通过改变加工程序适应新的需要，结构变软的FMS加工效率高，改变日程和程序适应新的需要，使结构1-9机械制造设备的设计有什么类型？本质上的区别是什么？a :机械制造设备设计类型有创

2、新设计、变形设计和模块设计三种。它们的本质差异：创新设计是一种新的理论、概念的设计，变形设计是基于原始设计改变部分零件、参数或结构的设计，模块设计是事先设计的模块组合的设计方法。目前，很多是变革设计，模块设计缩短了新产品设计开发的时间，创新设计的产品很少。指出1-15设计的评价方法多，根据机械制造设备设计，哪个评价方法很重要答：设计的评价方法有技术经济评价、可靠性评价、人体工程学评价、结构工艺性评价、产品造型评价、标准化评价6种。对于机械制造设备设计，这6种评价方法按重要度从高到低的顺序排列：可靠性评价、人体工程学评价、结构流程性评价、标准化评价、技术经济评价、产品造型评价。 其原因是机械制造

3、设备投资大，使用周期长。 为了保证产品质量、降低成本、提高可靠性和竞争力，六项评价是必不可少的。可靠性评价产品的质量和可靠性人类工程学是评价产品设计在人类工程学中的合理性的结构流程性评价，是产品结构评价加工制造方便的性能，降低生产成本，缩短生产时间的技术经济评价产品技术的先进性和经济合理性的标准化评价，是在标准化方面评价产品1-17什么是可靠性？ 可靠性的测定标准是什么？ 有什么样的数值联系呢？可靠性是指产品在规定条件和规定时间内完成规定任务的能力。测量指标是可靠性R(t )、累积故障概率F(t )、故障效率、平均寿命和平均无故障工作时间、可靠性寿命、修理度、修复率、平均修复时间等(P37-3

4、8 )。这些之间的主要联系是F(t)=1-R(t )。从1-18系统设计的角度来看，如何提高产品的可靠性？a :从系统设计的角度来看，为了提高产品的可靠性，必须提高构成各单元的可靠性水平，所以要进行系统和单元的可靠性预测。 (P39 )此外，必须将系统可靠性指标合理分配给各组成部分，明确各组成部分的可靠性设计要求。 (P42 )第二章：2-4机床系列的光谱是什么意思？a :首先选择使用量大的机床为“基础系列”，在此基础上派生出几个“变型系列”，基础和变型是机床的系列型光谱。 例如，中型卧式车床的简化系列型光谱如表2-1所示(P76 )。2-8工件表面的形成方法是什么？ (p13 )a :工件表

5、面形成方法有图2-2(a )、(b )那样的轨迹法这4种的成形法，图2-2(c )、(d )切线法，图2-2(e )展示法如图2-2(f )那样.2-11机床的复合运动、内连传动链、运动轴联动的意义和关系如何(P69-71 )a :机床的复合运动：运动间有严格的运动关系(P65 )。 车床主轴的旋转和丝杠的纵向移动等。内连传动链：机床传动器与传动器之间的传动链成为内连传动链，内连链使两个以上的运动成为复合成形运动。 车床的螺丝的传动链是内连传动链。运动轴的联动：数控机床各运动轴之间可以通过伺服电机的联动实现内链的复合成形运动，联动为协调运动。2-14机床的运动功能式和运动功能图表现的意思是什么

6、？a :运动功能式(P67 ) :表示机床运动的个数、形式(直线或旋转运动)、功能(主运动、进给运动、非成形运动)和排列顺序，是说明机床运动功能的最简洁的表现形式。运动功能图(P68 ) :与机床运动功能式对应的图成为运动功能图，如图2-4所示，也称为机床的运动原理图。2-18机床运动分配式的意思是什么(P70 )a :运动分配式：带接地符号“”的运动功能式。 运动功能式有几种运动分配式。像铣床运动功能式W /Xf、Zf、Yf、Cp /T那样，可能有以下4种运动分配式W /Xf、Zf、Yf、Cp/TW /XfZf、Yf、Cp/TW /Xf、ZfYf、Cp/TW /Xf、Zf、YfCp/T2-2

7、0机床的主要参数和尺寸运动参数由什么决定？ (P80-81 )答：对于通用机床，机床的主要参数和尺寸参数主要基于国家标准GB/T 15375-1994确定。 专用机床必须根据加工工件的要求，参照通用机床的相关标准来决定。机床运动参数的确定取决于设计的机床加工工件的尺寸、主传动类型、采用刀具的材质和类型等。 例如，在车床的设计中，一定材质的车刀所承受的切削速度一定，工件的直径必须大，主轴的旋转速度必须小，相反，工件的直径应该变小，主轴的旋转速度应该变大。2-24传动组的等级比和等级比指数是什么？ 普通变速传动系各传动组的等级比指数有什么规律？a :等级比：表示从主动轴上的同一点传递到从动轴的相邻

8、的两个传输线的比率，这里指数称为阶梯指数，相当于从相邻的两个传输线和从动轴的交点开始的网格数。通常变速传动系统各传动组的等级比指数有什么规则：基本组的等级比指数X0=1，第一扩大组的等级比指数X1=P0(P0基本组的传动副数)第二扩大组的等级比指数X2=P0P1(P1是第一扩大组的传动副数)。12级传动的传动结构式，排列在基本组、一扩、二扩的下角是等级比指数。2-26某车床的主轴转速为n=401800 r/min，公比=1.41，马达的转速n电=1440 r/min，描绘了试制结构式、转速图的确定齿轮的齿数、带轮径、管理转速误差的主传动系图。解： (1)决定转速的级数：根据教材式(3-2)。这

9、里，转速级数是(2)确定传动结构式选择传动方案：考虑主传动设计的前密后疏原则传动构造式(3)绘制旋转速度图根据表3-6的标准数列，舍入后可得到12个阶段的转速40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250，1800确定比速度比：轴的转速值为900r/min，电动机轴与轴的比速度比如下决定各变速组最小变速比从转速点900 r/min到40r/min合计10级，按照前后急的原则，第二变速组的最小传输线下降2级，第一变速组的最小传输线下降1级，第二变速组下降3级，第三变速组的最小传输线下降4级，最大上升2级。旋转速度图如下所示(a )最初设计的转速图(b )最后决

10、定的转速图(4)传动系统图设计(包括齿轮齿数、带轮直径的计算)参考教材p85、图3-13，本设计的传动系图(5)管理实际转速误差与标记转速相比没有误差实际误差实际误差。转速误差不到5%，满足设计要求。2-27某机床主轴转速n=1001120 r/min，转速级数Z=8，电动机转速n电=1440 r/min，试制设计了该机床的主传动系统，制作了构造式和转速图，并描绘了主传动系统图。解： (1)计算公比根据教材式(3-2)。所以(2)确定传动结构式根据传动组和传动副作成原则，选择方案为 Z=42； Z=24； Z=222在方案、中，可以减少一根轴，但在一个传动组内有四个传动副，增加传动轴的轴向长度

11、，因此选择方案:Z=222根据前疏后密的原则，结构式为8=212224(3)转速图的设计根据表3-6的标准数列，可以得到舍入后的8级转速： 100、140、200、280、400、560、800、1120r/min确定比速度比：设轴I的转速值为800r/min，则电动机轴与轴I的比速度比如下决定各变速组最小变速比从转速点800 r/min到100r/min合计6级，三个变速组的最小传输线平均下降2级，前后急的原则上，第二变速组的最小传输线下降2级，第一变速组的最小传输线下降2-1=1级，第三变速组的最小传输线下降2=3级。(4)绘制旋转速度图(5)传动系统概略图设计从2-28级变速机构的各种传

12、动方案中选出最佳方案，画出结构式，画出转速图和传动系图。解：主传动最佳传动方案的传动结构式为：基本组传动副为3，第一扩大组传动副为3，等级比指数为3的第二扩大组传动副为2，等级比指数为9。根据基准次数列表，旋转速度是31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600。 将电机转速设为1440r/min。决定比速度比：设轴的转速值为800r/min，则电动机轴与轴的比速度比如下定比传动带轮的直径分别为130和234mm。确定各变速组的最小变速比：从转速点800 r/min到31.5r/min的合计为14格

13、，按照前后急的原则，各组的最小传动线下降2格，各组相邻的2变速组下降1格，第一变速组下降6级，其中相邻最初决定的转速图如图1所示。图(a )初始设计中确定的转速图(b )确定齿轮齿数的转速图假定与同一变速组内的每个齿轮对的齿数相等，根据教材表2-8(p100- -101 )，可以决定齿轮的齿数，齿轮的齿数的决定结果如图2所示。(4)决定主轴的计算转速根据教材表2-9(p103 )，中型通用机床主轴的计算转速如下r/min图(c )设计的主传动系图在2-29批量生产用车床上，主轴转速n=45500 r/min，为了简化机构采用2速电动机，n电=720/1440 r/min，试制了该机床的转速图和

14、传动系图。解： (1)计算公比确定转速级数根据教材式(3-2)，设定转速级数Z=8所以(2)确定传动结构式选择方案： Z=222，根据前疏密的原则，考虑电动机的状况，选择结构式如下8=222124其中第一级由二速马达决定，实际变速器的结构式为4=2124。(3)转速图的设计根据表3-6的标准数列，被舍入的八级转速为45、63、90、125、180、250、355、500r/min确定比速度比：轴的转速值为710，355 r/min，电动机轴与轴的比速度比如下决定各变速组最小变速比从转速点355 r/min到45r/min合计6格，按照前缓后急的原则，第一变速组的最小传输线下降了2格，第二变速组

15、的最小传输线下降4级。(4)绘制旋转速度图(a )最初设计的转速图b )最后决定的转速图(5)传动系统概略图设计2-31求出图2-61所示车床的各轴、各齿轮的计算转速。解：如下图所示，教材p103的表2-9所示，各轴的计算旋转速度用红色圆圈表示，各对齿轮的小齿轮的计算旋转速度用红色箭头表示。2-32求图2-62的各齿轮、各轴的计算转速。解：如下图所示，教材p103的表2-9所示，各轴的计算旋转速度用红色圆圈表示，各对齿轮的小齿轮的计算旋转速度用红色箭头表示。2-34机床的主传动设计有什么特点？(P111-116 )a :主传动采用直流或交流电动机无调速的驱动电机和主轴功率的一致性设计数控机床的

16、高速主传动设计零件标准，采用模块化结构设计的软化、复合化设计并联机床设计。(这个问题需要适当地展开和说明！ (请参见。)2-36进给传动与主传动相比，有什么特征？a :机床的主传动设计特点：主传动除采用定功率传动的主轴外，各轴的计算转速为最低转速的转速图为前密后疏结构.采用后轮机构、双齿轮、双齿轮等方式。机床进给传动设计的特征：进给传动是定扭矩传动，各致动器的计算转速是其最高转速，转速图是前疏密结构，变速范围采用比主传动宽的传动间隙消除机构，采用高速空路传动和微量进给机构。第三章：3-2主轴的轴向定位方式有几种？ 各有什么特征？适合那个情况吗？ (P145，图3-4 )a :前端配置：前支承轴承多，发热大，温度高，但主轴受热向后延伸，不影响轴向精度，精度高，刚性高，适合高精度机床和数控机床。后端配置：前支承轴承少，发热小，温度上升低，但主轴因热伸长后向前方延伸，影响轴向精度，适用于普通机床，例如铣床、车床等。两端配置：主轴受热伸长时，会影响主轴承的轴向间隙，因此可以采取消除弹簧间隙，补偿热膨胀的措施，适用于短主轴，例如机床等。中间配置：可以减少主轴的悬垂量，使