上海理工 結(jié)構(gòu)設計 課后1

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1.機械結(jié)構(gòu)設計哪幾個方面的設計？各自設計的目的如何？本課程側(cè)重學

習的是哪幾個方面的設計？具體是什么？

(1)功能設計：為滿足主要機械功能要求進行的設計

(2)質(zhì)量設計：兼顧各種要求和限制，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能價格比(3)優(yōu)化設計和創(chuàng)新設計：用結(jié)構(gòu)性思維和其他科學方法優(yōu)選和創(chuàng)新。(4)本課程側(cè)重學習功能和質(zhì)量設計。主要包括學習結(jié)構(gòu)設計基礎內(nèi)容，

了解結(jié)構(gòu)設計基本原則，了解結(jié)構(gòu)設計的步驟方法等。

2.結(jié)構(gòu)設計過程的基本原則是什么？

從內(nèi)到外，從重要到次要，從局部到總體，從粗略到確切，統(tǒng)籌兼顧，權(quán)衡利弊，反復檢查，逐步改進。

3.常用換向機構(gòu)——機械式、電氣式、液壓式三種。常用機械式：皮帶換向

機構(gòu)、圓柱齒輪換向機構(gòu)、錐齒輪換向機構(gòu)。

離合器

4.離合器的作用有哪些？分類如何？

作用——使同軸線的兩軸，或軸與軸上的空套傳動件，如齒輪、皮帶輪等。根據(jù)工作要隨時接通或分開，以實現(xiàn)設備的啟停、變速、轉(zhuǎn)向及過載保護。種類——按結(jié)構(gòu)功能不同分為嚙合式離合器、摩擦式離合器、超越式離合器和安全離合器；按其操作方式不同可分為操縱式和自動式離合器。5.嚙合式離合器有哪些優(yōu)缺點及使用場合？

優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，接合后不會產(chǎn)生滑動，可傳遞較大扭矩且傳動比確鑿。

缺點——齒爪不易在運動中嚙合，一般只能在停轉(zhuǎn)或相對轉(zhuǎn)速較低時接合，故操作不便，僅用于要求保持嚴格運動關(guān)系，或速度較低的傳動鏈中。場合——用于要求保持嚴格運動關(guān)系或速度較低的傳動鏈中6.摩擦式離合器有哪些優(yōu)缺點及使用場合？

優(yōu)點——過載時離合器結(jié)合面打滑，避免損壞零件，起安全保護作用；摩擦片接合與分開逐步完成，連續(xù)且平穩(wěn)，無沖擊，可在運轉(zhuǎn)中進行。缺點——摩擦片打滑使傳動比不確鑿，且傳動扭矩不能過大。傳動大扭矩時增大摩擦片的工作半徑，增加摩擦片數(shù)，使結(jié)構(gòu)尺寸很大。

場合——用于頻繁啟動，制動或速度大小及方向頻繁變換的傳遞中。7.何謂離合器機構(gòu)中的超速現(xiàn)象？如何避免超速現(xiàn)象？

超速現(xiàn)象——一條傳動路線工作時,在另一條不工作的傳動路線上出現(xiàn)傳動件高速空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在兩對齒輪傳動比懸殊時更嚴重

避免——避免兩齒輪嚙合傳動比懸殊，把離合器安排在從動軸上，或使離合器分別安排在兩軸上，且使離合器外片與大齒輪軸一起轉(zhuǎn)，可避免超速現(xiàn)象。（使傳動比在[1/4,2]）

8.何謂有機變速傳動系統(tǒng)？何謂變速組？其變速級數(shù)與哪些有關(guān)？

有極——采用不同的方式改變主從動兩軸間的傳動比進行變速，從而使主動軸的一種變速變?yōu)閺膭虞S的幾種不同轉(zhuǎn)速。

變速組——組成有機變速傳動系統(tǒng)的每一個基本變速傳動機構(gòu)稱為變速組。

優(yōu)點——結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、傳動效率高、是喲來那個壽命長、制造成本低。

缺點——轉(zhuǎn)速級數(shù)有限

有關(guān)——組成該系統(tǒng)的變速組個數(shù)及變速組的變速級數(shù)有關(guān)，等于個變速組的變速級數(shù)之積。

9.單邊撥動滑移齒輪，發(fā)生自鎖時，如何消除？

如圖單邊撥動時滑移齒輪受力狀況。為使滑移齒輪順利移動，撥動力F必需戰(zhàn)勝滑移齒輪與軸間的摩擦阻力。摩擦阻力包括滑移齒輪自動產(chǎn)生的摩擦力Gf和偏轉(zhuǎn)力產(chǎn)生的附加摩擦力2Nf.設滑移齒輪自重對軸的正壓力是沿接觸全長上均勻分布，附加正壓力N是在接觸長度一半上按三角形分布，不考慮其他阻力有：

軸承

10.主軸組件的基本要求

(1)旋轉(zhuǎn)精度：主軸的旋轉(zhuǎn)精度是指機床空載時，低速轉(zhuǎn)動主軸，此時在主軸安裝工件或刀具部位的定心表面上測得的徑向跳動，端面跳動和軸向竄動值的大小。取決于各主要件的制造，裝配和調(diào)整精度。

(2)剛度：主要反映機床或部件抗爭外載荷的能力。影響剛度的因素有主軸的尺寸和形狀，滾動軸承的型號、數(shù)量、預緊和配置形式，前后支撐的跨距和主軸前懸伸量，傳動組件的布置方式等。

(3)溫升：將引起熱變形使主軸伸長，軸承間隙變化，降低了加工精度，溫升也會降低潤滑劑的粘度，惡化潤滑條件。

(4)抗振性：是指其抗爭受迫振動和自激振動而保持平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的能力。主軸的振動將降低甚至惡化工件的表面質(zhì)量，限制機床能力的充分發(fā)揮，增

大機床的噪聲。

(5)精度保持性：機床的主軸組件必需有足夠的耐磨性，才能長期保持精度。

11.后端定位：后支撐發(fā)熱小，溫升低，但主軸受熱后向前端伸長，影響軸向

精度，主軸受壓段較長，對修長主軸意引起縱向彎曲變形，精度較差，在后支撐處調(diào)整間隙較便利，主軸前段懸伸量較短，前支撐結(jié)構(gòu)簡單，后支撐結(jié)構(gòu)繁雜，用于普通機床（如CA6140）

12.選擇主軸軸承配置型時，應滿足哪些主要要求？

滿足要求的剛度和承載能力。滿足轉(zhuǎn)速要求滿足精度要求

13.滾動軸承間隙調(diào)整方法常用的有哪幾種？調(diào)整螺母的防松常用哪些結(jié)

構(gòu)？

方法——螺母調(diào)整；通過修磨式短套使軸承外預緊

防松——雙螺母防松；壓塊鎖緊螺母防松；圓螺母加止推墊圈；油壓套筒式調(diào)整結(jié)構(gòu)

14.C7620型車床主軸間隙如何調(diào)整？如何放松？

前軸承的間隙靠螺母3調(diào)整內(nèi)環(huán)在主軸圓錐軸頸上的位置，從而調(diào)整軸承的預緊量，后軸承的間隙靠螺母調(diào)整；通過雙螺母結(jié)構(gòu)放松。15.為什么主軸前軸承的精度尋常要比后軸高一級？

由于前后支撐中軸承的精度對主軸旋轉(zhuǎn)精度影響不同，前軸承內(nèi)圈偏心量對主軸端部精度影響較大

16.試述短三瓦動壓軸承的工作原理。該軸承能否用于縝密車床主軸？為什

么？

主軸以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時帶著一定粘度的潤滑油從楔形空間的間隙大處想間隙小處滾動，形成定壓強的油楔將主軸浮起，產(chǎn)生壓力油膜以承受載荷，短三瓦滑動軸承的軸瓦后面與箱體孔不接觸而是支撐在球頭螺釘上，借助三個螺釘可以調(diào)整軸承間隙，從而控制軸漂移量。

不能用于縝密車床主軸，由于該軸承軸瓦后面的凹球位置是不對稱的，故主軸只能朝一個方向旋轉(zhuǎn)，而車床要求正反轉(zhuǎn)，所以不可以。17.試述液體靜壓軸承的工作原理和主要優(yōu)缺點。

原理——油泵所供能的壓力油液，經(jīng)過四個節(jié)流器，分別流入軸承的四

個油腔中，將軸頸浮起并推回中央。

優(yōu)點——速度與方向適應性強；承載能力強；摩擦力小、軸承壽命長；旋轉(zhuǎn)精度高、抗振性好

缺點——需配置一套用供油系統(tǒng)，對供油系統(tǒng)的過濾和安全保護要求嚴格，軸承制造工藝繁雜。18.兩支承主軸軸承的配置型式(1)適應剛度和承載能力

①滾子軸承＞球軸承②雙列軸承＞單列軸承③多個（同向）軸承＞單個軸承

承受純軸向力時，推力球軸承剛度和承載能力最強。(2)適應轉(zhuǎn)速

球軸承＞滾子軸承

推力球軸承允許轉(zhuǎn)速低。(3)適應精度

精度——這里指的是主軸受熱變形對加工精度的影響。

定位——這里指的是軸向定位。推力軸承配置型式的比較

前端定位——承受軸向力的軸承全部在前支承中；后端定位——承受軸向力的軸承全部在后支承中；兩端定位——承受軸向力的軸承分別在前、后支承中。

支撐件

19.分析不同截面形狀的慣性矩變化

空心截面的慣性矩比實心的大

方形截面的抗彎剛度比圓形的大，而抗扭剛度則較低。不封閉的截面比封閉的截面剛度顯著下降20.加強支撐件本身剛度應采取什么措施？

正確選擇支撐件形狀以及尺寸大?。缓侠聿贾酶舭?；提防增加壁厚尺寸21.鑄鐵床身和由鋼板、型鋼焊接的床身各有什么優(yōu)缺點？各用于什么場合？

鋼板、型鋼焊接：

優(yōu)點——不需要制造木模和澆鑄，生產(chǎn)周期短；減輕質(zhì)量；可以采用完

全封閉的箱型結(jié)構(gòu)；如發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)有缺陷，焊接件可以補救

缺點——焊接結(jié)構(gòu)在中小型機床成批生產(chǎn)時成本比鑄鐵高；鋼材料內(nèi)摩

擦阻尼約為鑄鐵的1/3，因此支撐件本身震動的阻尼和鋼板薄壁振動的阻尼比鑄鐵低

場合——大型和重型機床，自制設備等小批單件生產(chǎn)鑄鐵：

優(yōu)點——良好的鑄造性能；減磨性好；減振吸振；切削加工性好；缺口敏感性較低

缺點——鑄鐵不能進行鍛壓加工，不能焊接，不能進行常規(guī)的熱處理場合——批量生產(chǎn)中制造中小型機床的各種支撐件

導軌

22.試述（1）導軌導向面的選擇原則

導向精度；耐磨性；低速運動平穩(wěn)性、剛度

（2）鑲條位置的選擇原則

從提高剛度考慮，鑲條應放在不受力或受力較小的一側(cè)。對

于縝密機床因?qū)к壥芰π?，要求加工精度高，鑲條應放在受力的一側(cè)，或兩邊都放在鑲條；對于普通機床，鑲條應放在不受力的一側(cè)

（3）直線運動滑動導軌間隙的調(diào)整方法及應用場合壓板：用于調(diào)整間隙并承受顛覆力矩

鑲條：用于調(diào)整矩形導軌和燕尾形導軌的側(cè)隙

23.動壓導軌靜壓導軌及滾動導軌各適用于怎樣的場合？為什么？

動壓——主運動導軌。由于動壓導軌是借助于導軌面見的相對運動而產(chǎn)生壓力油楔，而將運動部件抬起，而速度高，油楔的承載能力越大

靜壓——縝密機床的進給運動和低速運動導軌。由于靜壓導軌摩擦系數(shù)小，能長期保持導軌的導向精度，吸振性好，低速下不易產(chǎn)生爬行。

滾動——用于數(shù)控機床。由于滾動導軌對運動靈敏度很高。24.四種截面導軌

直線滑動導軌的截面形狀凸形導軌：固定導軌凸起狀態(tài)。（用于速度較低場合）

凹形導軌：固定導軌凹下狀態(tài)。（用于速度較高場合）

(1)矩形導軌：結(jié)構(gòu)簡單，承載能力強。安裝和調(diào)整較便利，但磨損后不能自

動補償間隙。

(2)三角形導軌:凸三角形又稱“山形〞，凹三角形又稱“V形〞。當三角形導

軌水平布置時（三角形導軌一般水平布置），若切削力不大，在重力作用下，能自動貼緊定位面，則不需要調(diào)整。另外，導軌磨損后能自動補償間隙。三角形導軌：導向性好。

(3)燕尾形導軌:尺寸小抗顛覆；制造難。調(diào)整比矩形困難。導軌磨損后不能

自動補償間隙。

(4)圓柱形導軌:制造工藝性好。但圓柱形導軌磨損后無法調(diào)整間隙，因此主

要用在一些承受純軸向力（如拉床），或受力較?。ㄈ珑衲C和機械手）的場合。

25.滾珠絲杠副的優(yōu)缺點及適用場合。

優(yōu)點：傳動效率高，摩擦損失??；經(jīng)預緊后，可消除絲杠和螺母螺紋間隙，提高軸向剛度；運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高；傳動有可逆性；磨損小，使用壽命長

缺點：制造工藝繁雜，成本高；不能自鎖

26.滾珠絲杠消除間隙和預緊基本原理？常用消除間隙和預緊方式？各有什

么特點？

滾：雙螺母方式。在預緊力F0的作用下，左右螺母向中間擠緊。這時接觸角45度，左右螺母接觸相反，且再一個共同螺母體內(nèi)，這就使螺母作為一個整體與絲杠間處于無間隙或過盈狀態(tài)，以提高接觸剛度。常用：

(1)墊片消隙式：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，剛度高，裝卸便利。但調(diào)整費時，僅

適用于一般精度的數(shù)控機床

(2)螺紋消隙式：簡單緊湊工作可靠調(diào)整便利應用較多。但調(diào)整精度差預緊力

不能確鑿控制

(3)齒差消隙式：結(jié)構(gòu)較為繁雜，尺寸較大，但調(diào)整確切可靠，不會松動，故

目前在數(shù)控機床上廣泛使用

分析ca6140車傳動系統(tǒng)

(1)證明f2≈0.5f1(f1為縱向進給f2為橫向進給)

齒條f1=n*28/80*∏mz=32.97nf2=n*48/48*59/18*5=16.39n∴f2≈0.5f1

(2)主傳動路線，主軸的轉(zhuǎn)速級數(shù)理論值與實際值Z。

正轉(zhuǎn)理論級數(shù)：2*3+2*3*2*2=30反轉(zhuǎn)理論級數(shù)：3+3*2*2=15

因軸iii到軸v4條傳動路線比中u2約等于u3，所以實際傳動比只有三種正轉(zhuǎn)實際級數(shù)2*3+2*3*（2*2-1）=24反轉(zhuǎn)實際轉(zhuǎn)速3+3*（2*2-1）=12(3)主傳動與刀架傳動中共有幾個換向機構(gòu)？他們的作用是什么？能否相互

替換？

I軸和ii軸之間有一個換向機構(gòu)用于控制主軸正反轉(zhuǎn)；Ix軸和x軸之間有一個換向機構(gòu)用于換向加工左右螺紋；溜板箱與xxiii軸之間有一個換向機構(gòu)用于控制m6縱向換向，m7橫向換向。由于超越離合器的存在Ix軸和x軸之間的換向機構(gòu)和溜板箱與xxiii軸之間的換向機構(gòu)不能不想代替。(4)車螺紋時傳動鏈（內(nèi)聯(lián)系）主軸→換向→掛輪→進給箱→絲杠螺母副（P=

12mm→刀架）

車其它工序時（縱、橫向進給）：

主軸換向掛輪進給箱光杠溜板箱刀架(5)車公制螺紋和英制螺紋時的傳動路線表達式

公制：

?38?(右旋)?38???3838321005025??（左旋）????3838?－Ⅷ－10097－Ⅸ－36－Ⅹ－主軸Ⅵ－50－Ⅶ－?2856?u基－Ⅻ－5628－ⅩⅢ－u倍－ⅩⅣ－M5－ⅩⅤ－刀架

英制：

?38?(右旋)?38???383850??（左旋）?32?100??3838?－10097－Ⅸ－M3－Ⅺ－u基－主軸Ⅵ－50－Ⅶ－?36Ⅹ－25－Ⅻ－u倍－ⅩⅣ－M5－ⅩⅤ－刀架

(6)車徑節(jié)螺紋和車公制螺紋時刀架的傳動路線有什么不同？為什么？

車徑節(jié)螺紋：x—64/100—x11—100/97—m3合—1/vb—xiv—36/25—xvi—vd—ⅹvⅢ

車公制螺紋：x—63/100—x11—100/75—m3開—25/36—xiv—vb—xv—25/30*36/25—xvi—vd—ⅹvⅢ

軸x與軸xiv之間的齒輪副25/36,齒式離合器m3及軸xvi上的滑移齒輪z25，掛論傳動路線。由于徑節(jié)螺紋的螺距分母是分段等差數(shù)列，含有25.4因子和∏因子，掛論使用64/100*100/75能造成∏因子，m3離合器閉合能造成25.4因子

分析ca6140車床結(jié)構(gòu)

(1)主軸受切削力作用后，如何傳到箱體上？

向左的軸向力：主軸→套筒→推力球軸承→定位套→箱體向右的軸向力：主軸→螺母→甩油環(huán)→角接觸球軸承內(nèi)圈→角接觸球軸承外圈→定位套→箱體。(2)對照主軸箱展開圖，說明動力由電機傳到軸1時為什么要采用卸荷帶輪？

轉(zhuǎn)矩是如何傳到1軸的？試畫出1軸的有卸荷帶輪和無卸荷帶輪時的受力簡圖。

采用卸荷式帶輪是由于皮