机械制造装备设计第三章习题答案关慧贞.docx

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机械制造装备设计第三章习题答案关慧贞

第三章典型部件设计

1.主轴零件应知足那些基本要求？

答：

主轴零件应知足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。

主轴的旋转精度是指装置后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位

的径向和轴向跳动。

旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装置和调整精度。

主

轴零件的刚度是指其在外加载荷作用下抵挡变形的能力，往常以主轴前端产生单位位移的

弹性变形时，在位移方向上所施加的作使劲来定义，主轴零件的刚度是综合刚度，它是主

轴、轴承等刚度的综合反应。

主轴零件的抗振性是指抵挡受迫振动和自激振动的能力。

主

轴零件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。

主轴零件的

精度保持性是指长久地保持其原始制造精度的能力，一定提升其耐磨性。

2.主轴轴向定位方式有那几种？

各有什麽特色？

合用处合

答：

（1）前端配置两个方向的推力轴承都散布在前支撑处；特色：

在前支撑处轴承许多，

发热大，升温高；但主轴蒙受热后向后伸，不影响轴向精度；合用处合：

用于轴向精度和

刚度要求较高的高精度机床或数控机床。

（2）后端配置两个方向的推力轴承都部署在后支撑处；特色：

发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；合用范围：

用于一般精度机床、立铣、多刀车床。

（3）两头配置两个方向的推力轴承分别部署在前后两个支撑处；特色：

这种配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向空隙，为防止松动，可用弹簧除去空隙和赔偿热膨胀；合用范围：

用于短主轴，如组合机床。

（4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特色：

此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑构造复杂，温升可能较高。

3.试述主轴静压轴承的工作原理

答：

主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、

节流器和轴承三部分构成。

静压轴承由供油系统供应必定压力油，输进轴和轴承空隙中，

利用油的静压压力支撑载荷、轴颈一直浮在压力油中。

所以，轴承油膜压强与主轴转速没关，承载能力不随转速而变化。

静压轴承与动压轴承对比有以下长处：

承载能力高；旋转精度高；油膜有均化偏差的作用，可提升加工精度；抗振性好；运行安稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。

定压式静压轴承的工作原理以以下图所示，在轴承的内圆柱孔上，开有四个对称的油腔

1~4。

油腔之间由轴向回油槽分开，油腔周围有封油面，封油面的轴向宽度为a，轴向宽度

为b。

液压泵输出的油压为定值P的油液，分别流经节流器T1、T2、T3和T4进入各个油腔。

节流器的作用是使各个油腔的压力随外载荷的变化自动调理，进而均衡外载荷。

当无外载

荷作用（不考虑自重）时，各油腔的油压相等，即p1=p2=p3=p4，保持均衡，轴在正中央，各油腔封面与轴颈的空隙相等，即h=h1=h2=h3=h4，空隙液阻也相等。

当有外载荷F向下作用时，轴颈失掉均衡，沿载荷方向偏移一个细小位移e，油腔3间

隙减小，即h3=h-e，空隙液阻增大，流量减小，分流器T3的压力降减小，因供油压力P是

定值，故油腔压力P3随之增大。

同理，上油腔1空隙增大，即h1=h+e，空隙液阻减小，流

量增大。

节流器T1的压力降增大，油腔压力P1随之减小。

二者的压力差p=p3-p1，压力差

将主轴推回中心以均衡外载荷F。

4.试剖析图3－114中，所示三种主轴轴承的配置型式的特色和合用处合。

答：

（1）46000为圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承蒙受轴向负荷的能力取决于接触角，即外

圈滚道角度，角度越大，轴向负荷能力也越大；3182100是双列向心圆柱滚子轴承，这种

轴承承载能力大，摩擦系数小，温升低，但不可以蒙受轴向力。

这种配置方式主要在后边的

轴承蒙受轴向力，所以相当于后端配置，这种配置的特色是发热小、温度低，主轴受热后

向前伸长，影响轴向精度；合用范围是用于一般精度机床、立铣、多刀车床。

（2）这种配置方式主要在前段的轴承蒙受轴向力，所以这种轴承配置相当于前端配置；这种配置的特色是在前支撑处轴承许多，发热大，升温高；但主轴蒙受热后向后伸，不影响

轴向精度；合用处合是用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。

（3）2268000是双向推力向心球轴承，所以这种配置相当于中间配置，这种配置的特色是两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧，此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑构造复杂，温升可能较高。

5.按图3－115中的主轴零件，剖析轴向力如何传达？

空隙如何调整？

答：

轴向力传达以以下图所示

调整主轴上的后螺母可除去后止推轴承的轴向空隙和角接触球轴承的径向和轴向空隙；调

整主轴上的前螺母可除去前部双列向心圆柱滚子轴承的径向空隙，持续调整主轴上的后螺

母，将主轴向后拉可除去前部止推轴承的轴向空隙。

6.试检查图3－116所示主轴零件中有否错误；若有，请指犯错在那边？

应如何更正？

用另画的正确简图表示出来。

答：

有多处错误，主轴前端的双列向心圆柱滚子轴承空隙不可以调整；大齿轮应靠主轴前支

承，主轴上有轴向力不可以用弹性档圈定位，应改为螺母定位锁紧；中间支承应用向心球轴

承或圆柱滚子轴承；主轴后支承两个圆锥滚子轴承应大口朝外；没有考虑密封和润滑。

7.试设计一主轴零件，前支承用两个圆锥滚子轴承蒙受径向力和双向轴向力，后支承用一个双列圆柱滚子轴承，画出前后支承部分的构造简图。

8.在支承件设计中，支承件应知足那哪些基本要求？

答：

支撑件应知足的以下要求：

1）应拥有足够的刚度和较高的刚度-质量比。

2）应拥有较好的动向特征，包含较大的位移阻抗（动刚度）和阻尼；整机的低阶频次较高，

各阶频次不致惹起构造共振；不会因薄壁振动而产生噪声。

3）热稳固性好，热变形对机床加工精度的影响较小。

4）排屑通畅、吊运安全，并拥有优秀的构造工艺性。

9.支承件常用的资料有哪些？

有什麽特色？

答：

支承件常用的资料有铸铁、钢板和型钢、大然花岗岩、预应力钢筋混凝土、树脂混凝

土等。

（1）铸铁铸铁锻造性能好、简单获取复杂构造的支承件，同时铸铁的内摩擦力人，阻尼系数大，使振动衰减的件能好，成本低。

但铸件需要木模芯盒，制造周期长，有时产生缩孔、气泡等缺点，成本高，适于成批生产。

锻造支承件要进行时效办理，以除去内应力。

〔2）钢板焊接构造

用钢板和型钢等焊接支承件，其特色是制造周期短，省去制作木模和锻造工艺：

支承件可

制成关闭构造，刚性好；便于产品更新和构造改良；钢板焊接支承件固有频次比铸铁高，

在刚度要求相同状况下，采纳钢焊接支承件可比铸铁支承件壁厚减少一半，重量减少

20％?

30％。

钢板焊唼构造的弊端是钢板资料内摩檫阻尼约为铸铁的1/3，抗振性较铸铁差，

为提升机床抗振性能，可采纳提升阻尼的方法来改良动向性能。

（3）预应力钢筋混凝土

预应力钢筋混凝土主要用于制作不常挪动的大型机械的机身、底座、立注等支承件，预应

力钢筋混凝土支承件的刚度和阻尼比铸铁大几倍，抗振性好，成本较低。

用钢筋混凝土制

成支承件时，钢筋的配置对支承件影响较大。

一般三个方向都要配置钢筋、总预拉力为

120?

150KN。

弊端是脆性大，耐腐化性差，油渗透致使材质松散，所以表面芘进行喷漆或喷

涂塑料。

（4）天然花岗岩

天然花岗岩性能稳固，精度保持性好，抗振性好、阻尼系数比钢大15倍，耐磨性比铸铁高

5?

6倍，导热系数和线胀系数小，热稳固性好，抗氧化性强，不导电，抗磁，与金属不粘

合，加工方便，经过研磨和抛光简单获取很高的靖度和表面粗拙度。

（5）树脂混凝土

树脂混凝土特色是：

刚度高；拥有优秀的阻尼性能，阻尼比为灰铸铁的8?

10倍，抗振

性好；热容量大，热传导率低，导热系数只为铸铁的1/25?

1/40，热稳固性高，其构件热

变形小；比重为铸铁的1/3，质量轻；可获取优秀的几何形状精度，表面精糙度也较低；

对切削油、润滑剂、冷却液有极好的耐腐化性；与金属粘接力强，可依据不一样的构造要求，

预埋金属件，使机械加工量减少，降低成本；浇注时无大气污染；生产周期短，工艺流程

短；浇注出的床身静刚度比铸铁床身提升16％?

40％。

总之它拥有刚度高、抗振性好、耐

水、耐化学腐化和耐热特征。

弊端是某些力学性能低，但能够预埋金属或增添增强纤维。

关于高速、高效、髙精度加工机床拥有宽泛的应用远景。

10.依据什麽原则选择支承件的截面形状，如何部署支承件上的筋板和筋条？

答：

支承件的截面形状的选择原则主要有以下几个方面：

1）不论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心的大，并且相同的断面形状和相同

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。

所认为提升支承件刚度，支承件的截面应是中空形状，尽可能加大截面尺寸，在

工艺可能的前提下壁厚尽量薄一些。

自然壁厚不可以太薄，免得出现薄壁振动。

2〕圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，面抗弯刚度比方形低。

所以，以蒙受弯矩为主的

支承件的截面形状应取矩形，并以其髙度方向为受弯方向；以蒙受扭矩为主的支承件的截

面形状应取圆（环）形。

3）关闭截面的刚度远远大于张口截面的刚度，特别是抗扭刚度。

设计时应尽可能把支承件

的截面作成关闭形状。

可是为了排屑和在床身内安装一些机构的需要，有时不可以作成全封

闭形状。

筋板是指联接支承件周围外壁的内板，它能使支承件外壁的局部载荷传达给其余壁板，

进而使整个支承件蒙受载荷，增强支承件的自己和整体刚度筋板的部署取决于支承件的受力变形方向，此中，水平市置的筋板有助于提升支承件水平面内曲折刚度；垂直搁置的筋

板有助于提升支承件垂直面内的曲折刚度；而斜向筋板能同时提升支承件的抗弯和抗扭

刚度。

筋条配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，用来提升支承件

的局部刚度。

筋条能够纵向、横向和斜向，常常部署成交错摆列，如井字形、米字形等。

一定使肋条位于壁板的曲折平面内，才能有效地烕少壁板的曲折变形。

筋条厚度一般是床

身壁厚的3.7?

0.8倍。

11提升支承件构造刚度和动向性能有哪些举措？

答：

（1）提升支承件的静刚度的主要方法有依据支承件受力状况合理地选择支承件的资料、截面形状和尺寸、壁厚，合理地部署肋板和筋条，以提髙构造整体和局部的曲折刚度和扭转刚度。

（2）提升动向特征的方法主要有改良阻尼特征，关于铸铁支承件，铸件内砂芯不除去，或在支承件中填补型砂或混凝土等阻尼树料，能够起到减抖擞用。

关于焊接支承件、除了可

以在内腔中填补混凝土减振外，还能够充足利用接合面间的摩擦阻尼来减小振动。

即两焊接件之间留有贴合而未焊死的表面，在振动过程中，两贴合面之间产生的相对摩擦起阻尼

作用，使振动减小。

中断焊缝虽使静刚度有所降落，但阻尼比大为增添，使动刚度大幅度增大。

在支承件表面采纳阻尼涂层，能获取较卨的