機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)-習(xí)題解答

1、“機(jī)械制造設(shè)備設(shè)計(jì)”部分的練習(xí)問題第一章：1-3軟件化是什么意思？ 對(duì)復(fù)合機(jī)床、普通機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)的軟化程度進(jìn)行了分析。 靈活性在哪里呢？a :機(jī)械制造設(shè)備的軟件化是機(jī)床可以調(diào)整到滿足不同的工件加工性能。 軟化包括軟化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和軟化功能。應(yīng)隨著軟件化，從高到低的順序排列：普通機(jī)床、數(shù)控機(jī)床、加工中心、FMS、復(fù)合機(jī)床(專用機(jī)床)。普通機(jī)床軟件化功能多、適應(yīng)性強(qiáng)，功能軟件化的數(shù)控機(jī)床和加工中心可以通過改變加工程序適應(yīng)新的需要，結(jié)構(gòu)變軟的FMS加工效率高，改變?nèi)粘毯统绦蜻m應(yīng)新的需要，使結(jié)構(gòu)1-9機(jī)械制造設(shè)備的設(shè)計(jì)有什么類型？本質(zhì)上的區(qū)別是什么？a :機(jī)械制造設(shè)備設(shè)計(jì)類型有創(chuàng)

2、新設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)和模塊設(shè)計(jì)三種。它們的本質(zhì)差異：創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一種新的理論、概念的設(shè)計(jì)，變形設(shè)計(jì)是基于原始設(shè)計(jì)改變部分零件、參數(shù)或結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，模塊設(shè)計(jì)是事先設(shè)計(jì)的模塊組合的設(shè)計(jì)方法。目前，很多是變革設(shè)計(jì)，模塊設(shè)計(jì)縮短了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的時(shí)間，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品很少。指出1-15設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法多，根據(jù)機(jī)械制造設(shè)備設(shè)計(jì)，哪個(gè)評(píng)價(jià)方法很重要答：設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)方法有技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、可靠性評(píng)價(jià)、人體工程學(xué)評(píng)價(jià)、結(jié)構(gòu)工藝性評(píng)價(jià)、產(chǎn)品造型評(píng)價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)6種。對(duì)于機(jī)械制造設(shè)備設(shè)計(jì)，這6種評(píng)價(jià)方法按重要度從高到低的順序排列：可靠性評(píng)價(jià)、人體工程學(xué)評(píng)價(jià)、結(jié)構(gòu)流程性評(píng)價(jià)、標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)、產(chǎn)品造型評(píng)價(jià)。 其原因是機(jī)械制造

3、設(shè)備投資大，使用周期長。 為了保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提高可靠性和競爭力，六項(xiàng)評(píng)價(jià)是必不可少的?？煽啃栽u(píng)價(jià)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性人類工程學(xué)是評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)在人類工程學(xué)中的合理性的結(jié)構(gòu)流程性評(píng)價(jià)，是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)加工制造方便的性能，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)時(shí)間的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)產(chǎn)品技術(shù)的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)，是在標(biāo)準(zhǔn)化方面評(píng)價(jià)產(chǎn)品1-17什么是可靠性？ 可靠性的測定標(biāo)準(zhǔn)是什么？ 有什么樣的數(shù)值聯(lián)系呢？可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定任務(wù)的能力。測量指標(biāo)是可靠性R(t )、累積故障概率F(t )、故障效率、平均壽命和平均無故障工作時(shí)間、可靠性壽命、修理度、修復(fù)率、平均修復(fù)時(shí)間等(P37-3

4、8 )。這些之間的主要聯(lián)系是F(t)=1-R(t )。從1-18系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來看，如何提高產(chǎn)品的可靠性？a :從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來看，為了提高產(chǎn)品的可靠性，必須提高構(gòu)成各單元的可靠性水平，所以要進(jìn)行系統(tǒng)和單元的可靠性預(yù)測。 (P39 )此外，必須將系統(tǒng)可靠性指標(biāo)合理分配給各組成部分，明確各組成部分的可靠性設(shè)計(jì)要求。 (P42 )第二章：2-4機(jī)床系列的光譜是什么意思？a :首先選擇使用量大的機(jī)床為“基礎(chǔ)系列”，在此基礎(chǔ)上派生出幾個(gè)“變型系列”，基礎(chǔ)和變型是機(jī)床的系列型光譜。 例如，中型臥式車床的簡化系列型光譜如表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、面形成方法有圖2-2(a )、(b )那樣的軌跡法這4種的成形法，圖2-2(c )、(d )切線法，圖2-2(e )展示法如圖2-2(f )那樣.2-11機(jī)床的復(fù)合運(yùn)動(dòng)、內(nèi)連傳動(dòng)鏈、運(yùn)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)的意義和關(guān)系如何(P69-71 )a :機(jī)床的復(fù)合運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)間有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系(P65 )。 車床主軸的旋轉(zhuǎn)和絲杠的縱向移動(dòng)等。內(nèi)連傳動(dòng)鏈：機(jī)床傳動(dòng)器與傳動(dòng)器之間的傳動(dòng)鏈成為內(nèi)連傳動(dòng)鏈，內(nèi)連鏈?zhǔn)箖蓚€(gè)以上的運(yùn)動(dòng)成為復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)。 車床的螺絲的傳動(dòng)鏈?zhǔn)莾?nèi)連傳動(dòng)鏈。運(yùn)動(dòng)軸的聯(lián)動(dòng)：數(shù)控機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸之間可以通過伺服電機(jī)的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)鏈的復(fù)合成形運(yùn)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)為協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。2-14機(jī)床的運(yùn)動(dòng)功能式和運(yùn)動(dòng)功能圖表現(xiàn)的意思是什么

6、？a :運(yùn)動(dòng)功能式(P67 ) :表示機(jī)床運(yùn)動(dòng)的個(gè)數(shù)、形式(直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))、功能(主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、非成形運(yùn)動(dòng))和排列順序，是說明機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能的最簡潔的表現(xiàn)形式。運(yùn)動(dòng)功能圖(P68 ) :與機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能式對(duì)應(yīng)的圖成為運(yùn)動(dòng)功能圖，如圖2-4所示，也稱為機(jī)床的運(yùn)動(dòng)原理圖。2-18機(jī)床運(yùn)動(dòng)分配式的意思是什么(P70 )a :運(yùn)動(dòng)分配式：帶接地符號(hào)“”的運(yùn)動(dòng)功能式。 運(yùn)動(dòng)功能式有幾種運(yùn)動(dòng)分配式。像銑床運(yùn)動(dòng)功能式W /Xf、Zf、Yf、Cp /T那樣，可能有以下4種運(yùn)動(dòng)分配式W /Xf、Zf、Yf、Cp/TW /XfZf、Yf、Cp/TW /Xf、ZfYf、Cp/TW /Xf、Zf、YfCp/T2-2

7、0機(jī)床的主要參數(shù)和尺寸運(yùn)動(dòng)參數(shù)由什么決定？ (P80-81 )答：對(duì)于通用機(jī)床，機(jī)床的主要參數(shù)和尺寸參數(shù)主要基于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15375-1994確定。 專用機(jī)床必須根據(jù)加工工件的要求，參照通用機(jī)床的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來決定。機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)的確定取決于設(shè)計(jì)的機(jī)床加工工件的尺寸、主傳動(dòng)類型、采用刀具的材質(zhì)和類型等。 例如，在車床的設(shè)計(jì)中，一定材質(zhì)的車刀所承受的切削速度一定，工件的直徑必須大，主軸的旋轉(zhuǎn)速度必須小，相反，工件的直徑應(yīng)該變小，主軸的旋轉(zhuǎn)速度應(yīng)該變大。2-24傳動(dòng)組的等級(jí)比和等級(jí)比指數(shù)是什么？ 普通變速傳動(dòng)系各傳動(dòng)組的等級(jí)比指數(shù)有什么規(guī)律？a :等級(jí)比：表示從主動(dòng)軸上的同一點(diǎn)傳遞到從動(dòng)軸的相鄰

8、的兩個(gè)傳輸線的比率，這里指數(shù)稱為階梯指數(shù)，相當(dāng)于從相鄰的兩個(gè)傳輸線和從動(dòng)軸的交點(diǎn)開始的網(wǎng)格數(shù)。通常變速傳動(dòng)系統(tǒng)各傳動(dòng)組的等級(jí)比指數(shù)有什么規(guī)則：基本組的等級(jí)比指數(shù)X0=1，第一擴(kuò)大組的等級(jí)比指數(shù)X1=P0(P0基本組的傳動(dòng)副數(shù))第二擴(kuò)大組的等級(jí)比指數(shù)X2=P0P1(P1是第一擴(kuò)大組的傳動(dòng)副數(shù))。12級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式，排列在基本組、一擴(kuò)、二擴(kuò)的下角是等級(jí)比指數(shù)。2-26某車床的主軸轉(zhuǎn)速為n=401800 r/min，公比=1.41，馬達(dá)的轉(zhuǎn)速n電=1440 r/min，描繪了試制結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖的確定齒輪的齒數(shù)、帶輪徑、管理轉(zhuǎn)速誤差的主傳動(dòng)系圖。解： (1)決定轉(zhuǎn)速的級(jí)數(shù)：根據(jù)教材式(3-2)。這

9、里，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)是(2)確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式選擇傳動(dòng)方案：考慮主傳動(dòng)設(shè)計(jì)的前密后疏原則傳動(dòng)構(gòu)造式(3)繪制旋轉(zhuǎn)速度圖根據(jù)表3-6的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，舍入后可得到12個(gè)階段的轉(zhuǎn)速40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250，1800確定比速度比：軸的轉(zhuǎn)速值為900r/min，電動(dòng)機(jī)軸與軸的比速度比如下決定各變速組最小變速比從轉(zhuǎn)速點(diǎn)900 r/min到40r/min合計(jì)10級(jí)，按照前后急的原則，第二變速組的最小傳輸線下降2級(jí)，第一變速組的最小傳輸線下降1級(jí)，第二變速組下降3級(jí)，第三變速組的最小傳輸線下降4級(jí)，最大上升2級(jí)。旋轉(zhuǎn)速度圖如下所示(a )最初設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速圖(b )最后決

10、定的轉(zhuǎn)速圖(4)傳動(dòng)系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)(包括齒輪齒數(shù)、帶輪直徑的計(jì)算)參考教材p85、圖3-13，本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系圖(5)管理實(shí)際轉(zhuǎn)速誤差與標(biāo)記轉(zhuǎn)速相比沒有誤差實(shí)際誤差實(shí)際誤差。轉(zhuǎn)速誤差不到5%，滿足設(shè)計(jì)要求。2-27某機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速n=1001120 r/min，轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=8，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n電=1440 r/min，試制設(shè)計(jì)了該機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)，制作了構(gòu)造式和轉(zhuǎn)速圖，并描繪了主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。解： (1)計(jì)算公比根據(jù)教材式(3-2)。所以(2)確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式根據(jù)傳動(dòng)組和傳動(dòng)副作成原則，選擇方案為 Z=42； Z=24； Z=222在方案、中，可以減少一根軸，但在一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)有四個(gè)傳動(dòng)副，增加傳動(dòng)軸的軸向長度

11、，因此選擇方案:Z=222根據(jù)前疏后密的原則，結(jié)構(gòu)式為8=212224(3)轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計(jì)根據(jù)表3-6的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，可以得到舍入后的8級(jí)轉(zhuǎn)速： 100、140、200、280、400、560、800、1120r/min確定比速度比：設(shè)軸I的轉(zhuǎn)速值為800r/min，則電動(dòng)機(jī)軸與軸I的比速度比如下決定各變速組最小變速比從轉(zhuǎn)速點(diǎn)800 r/min到100r/min合計(jì)6級(jí)，三個(gè)變速組的最小傳輸線平均下降2級(jí)，前后急的原則上，第二變速組的最小傳輸線下降2級(jí)，第一變速組的最小傳輸線下降2-1=1級(jí)，第三變速組的最小傳輸線下降2=3級(jí)。(4)繪制旋轉(zhuǎn)速度圖(5)傳動(dòng)系統(tǒng)概略圖設(shè)計(jì)從2-28級(jí)變速機(jī)構(gòu)的各種傳

12、動(dòng)方案中選出最佳方案，畫出結(jié)構(gòu)式，畫出轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系圖。解：主傳動(dòng)最佳傳動(dòng)方案的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式為：基本組傳動(dòng)副為3，第一擴(kuò)大組傳動(dòng)副為3，等級(jí)比指數(shù)為3的第二擴(kuò)大組傳動(dòng)副為2，等級(jí)比指數(shù)為9。根據(jù)基準(zhǔn)次數(shù)列表，旋轉(zhuǎn)速度是31.5、40、50、63、80、100、125、160、200、250、315、400、500、630、800、1000、1250、1600。 將電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為1440r/min。決定比速度比：設(shè)軸的轉(zhuǎn)速值為800r/min，則電動(dòng)機(jī)軸與軸的比速度比如下定比傳動(dòng)帶輪的直徑分別為130和234mm。確定各變速組的最小變速比：從轉(zhuǎn)速點(diǎn)800 r/min到31.5r/min的合計(jì)為14格

13、，按照前后急的原則，各組的最小傳動(dòng)線下降2格，各組相鄰的2變速組下降1格，第一變速組下降6級(jí)，其中相鄰最初決定的轉(zhuǎn)速圖如圖1所示。圖(a )初始設(shè)計(jì)中確定的轉(zhuǎn)速圖(b )確定齒輪齒數(shù)的轉(zhuǎn)速圖假定與同一變速組內(nèi)的每個(gè)齒輪對(duì)的齒數(shù)相等，根據(jù)教材表2-8(p100- -101 )，可以決定齒輪的齒數(shù)，齒輪的齒數(shù)的決定結(jié)果如圖2所示。(4)決定主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速根據(jù)教材表2-9(p103 )，中型通用機(jī)床主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速如下r/min圖(c )設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)系圖在2-29批量生產(chǎn)用車床上，主軸轉(zhuǎn)速n=45500 r/min，為了簡化機(jī)構(gòu)采用2速電動(dòng)機(jī)，n電=720/1440 r/min，試制了該機(jī)床的轉(zhuǎn)速圖和

14、傳動(dòng)系圖。解： (1)計(jì)算公比確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)根據(jù)教材式(3-2)，設(shè)定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=8所以(2)確定傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式選擇方案： Z=222，根據(jù)前疏密的原則，考慮電動(dòng)機(jī)的狀況，選擇結(jié)構(gòu)式如下8=222124其中第一級(jí)由二速馬達(dá)決定，實(shí)際變速器的結(jié)構(gòu)式為4=2124。(3)轉(zhuǎn)速圖的設(shè)計(jì)根據(jù)表3-6的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列，被舍入的八級(jí)轉(zhuǎn)速為45、63、90、125、180、250、355、500r/min確定比速度比：軸的轉(zhuǎn)速值為710，355 r/min，電動(dòng)機(jī)軸與軸的比速度比如下決定各變速組最小變速比從轉(zhuǎn)速點(diǎn)355 r/min到45r/min合計(jì)6格，按照前緩后急的原則，第一變速組的最小傳輸線下降了2格，第二變速組

15、的最小傳輸線下降4級(jí)。(4)繪制旋轉(zhuǎn)速度圖(a )最初設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速圖b )最后決定的轉(zhuǎn)速圖(5)傳動(dòng)系統(tǒng)概略圖設(shè)計(jì)2-31求出圖2-61所示車床的各軸、各齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速。解：如下圖所示，教材p103的表2-9所示，各軸的計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度用紅色圓圈表示，各對(duì)齒輪的小齒輪的計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度用紅色箭頭表示。2-32求圖2-62的各齒輪、各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速。解：如下圖所示，教材p103的表2-9所示，各軸的計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度用紅色圓圈表示，各對(duì)齒輪的小齒輪的計(jì)算旋轉(zhuǎn)速度用紅色箭頭表示。2-34機(jī)床的主傳動(dòng)設(shè)計(jì)有什么特點(diǎn)？(P111-116 )a :主傳動(dòng)采用直流或交流電動(dòng)機(jī)無調(diào)速的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和主軸功率的一致性設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的

16、高速主傳動(dòng)設(shè)計(jì)零件標(biāo)準(zhǔn)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的軟化、復(fù)合化設(shè)計(jì)并聯(lián)機(jī)床設(shè)計(jì)。(這個(gè)問題需要適當(dāng)?shù)卣归_和說明！ (請(qǐng)參見。)2-36進(jìn)給傳動(dòng)與主傳動(dòng)相比，有什么特征？a :機(jī)床的主傳動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：主傳動(dòng)除采用定功率傳動(dòng)的主軸外，各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速為最低轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速圖為前密后疏結(jié)構(gòu).采用后輪機(jī)構(gòu)、雙齒輪、雙齒輪等方式。機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)設(shè)計(jì)的特征：進(jìn)給傳動(dòng)是定扭矩傳動(dòng)，各致動(dòng)器的計(jì)算轉(zhuǎn)速是其最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速圖是前疏密結(jié)構(gòu)，變速范圍采用比主傳動(dòng)寬的傳動(dòng)間隙消除機(jī)構(gòu)，采用高速空路傳動(dòng)和微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。第三章：3-2主軸的軸向定位方式有幾種？ 各有什么特征？適合那個(gè)情況嗎？ (P145，圖3-4 )a :前端配置：前支承軸承多，發(fā)熱大，溫度高，但主軸受熱向后延伸，不影響軸向精度，精度高，剛性高，適合高精度機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。后端配置：前支承軸承少，發(fā)熱小，溫度上升低，但主軸因熱伸長后向前方延伸，影響軸向精度，適用于普通機(jī)床，例如銑床、車床等。兩端配置：主軸受熱伸長時(shí)，會(huì)影響主軸承的軸向間隙，因此可以采取消除彈簧間隙，補(bǔ)償熱膨脹的措施，適用于短主軸，例如機(jī)床等。中間配置：可以減少主軸的懸垂量，使