《机械制造装备设计》关慧贞第三版课后习题答案doc.docx
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《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景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、景具等工具。
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，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，设计出其他务种尺寸参数的产品，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，满足尽可能多用尸的不同需求，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，山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，…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：
交流电动机驭动、直流电动机驭动
按传动装置类型：
机械传动装置、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=40"1800r/min,公比伊=1.41电动机的转速=1440/min,试拟定结构式，转速图；确定
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：
该主轴的变速范困为：
1800亿
=45
40
根据变速范围、公比可求变速的级数
Z=^^+l=^^+012
\g（Plgl-41
拟定结构式
级数为12的传动副数为2或3的传动方案右以下几种:
12=?
!
x22x34
12=3|x23x26
12=2jx30x26
12=2]x34x22
12=3|x26x23
12=2]x26x30
12=29x2]x34
114
12=23x3,x26
12=3^x2]x2&
12=22x34x2]
12=2.x26x3,
12=32x26x?
!
12=34x2jx20
12=26x2?
x3,
12=26x2jx3.,
12=34x22x2（
12=26x3,x2,
12=26x3->x2j
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=3]x23x26
查表可获得12级转速为40、56、80、112、160、224、315、450、630、900、1250、1800作转速图如下：
1800r/min
!
440r/min
1250
900
630
450
315
224
160
112
80
56
40
l{Imax==1.412=2<2符介要求
"jmin=^4=l.41-4=1/4>1/4符合要求
最后扩大组的变速范围：
/?
=0、MT）=1.4163）=8符合要求
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=z7/）（l-6）=1.6X125X（1-0.015）=197mm
查表取大带轮的基准直径为200mm
齿轮齿数的确定：
111轴之间的传动副共有3对传动比为1:
11:
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S:
=....,60,72,84,96,....
1：
1传动副36
36
1：
1.41传动副
3042
1：
2传动副24
48
1440r/min
18（）0r/min
1250
900
630
450
315
224
160
112
80
56
40
取星=72可以确定三个传动副的齿数为
同理可确定11ill轴的齿数和取81
1：
1传动副齿数取4242
1：
2.82传动副齿数取2262
IIIIV之间的传动副齿数和取90
2：
1的传动副齿数取6030
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
〃实际=〃电XX叩2心
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
理论转速
■10
56
80
112
160
224
315
150
630
900
1250
1800
实际转速
39.32
56.17
78.61
110.81
158.30
221.63
314.56
119.38
629.13
886.5
1266.13
1773
转速误差
1.70
0.31
1.70
1.06
1.06
1.06
0.14
0.11
0.14
1.5
1.31
1.5
率（%）
允许误差：
10x（^-!
）%=10x（1.41-1）%=4.1%
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K：
试设计该机床的主传动系,
27、某机床主轴转速n=100"1120r/min,转速级数Z=8,电动机的转速但=1440/min,
包括拟定结构式和转速图，淌出主传动系统图。
"max
1120
"Too-
=11.2
（/）—7寸房"=¥11.2=1.11
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=22x2jx24
8=24x29x2j
8=2]x22x248=2）x24x22
8=2?
x24x2）8=24x2jx29
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8=2,x22x24
1120
W）max=（p]=1.411=1.41<2符合要求
"imin=93=1.4「3=1/2.82>1/4符合要求
最后扩大组的变速范围：
/?
=0、MT）=].414（2-1）=4V8符合要求
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
1440
则大带轮直径=id]Q_£）£取0.015d2=id|（l—£）=~^}X125x（1-0.015）=221.625mm查表取大带轮的基准直径为224mm
齿轮齿数的确定：
III轴之间的传动副共有2对传动比为1:
11:
1.41
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S,=....,48,60,72,84,....
取Sz=48可以确定两个传动副的齿数为
1：
1传动副2424
1：
1.41传动副2028
同理可确定II111轴的齿数和取60
1：
1传动副齿数取3030
1：
2传动副齿数取2040
IllIV之间的传动副齿数和取72
1.41：
1的传动副齿数取4230
1：
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
〃实际=〃电、W（1-GxUgM
a2
1
2
3
4
5
6
7
8
理论转速
100
110
200
280
400
560
800
1120
实际转速
100.98
141.25
201.78
282.49
394
551.6
788
1103.2
转速误差
0.89
0.89
0.89
0.89
1.5
1.5
1.5
1.5
率（%）
允许误差：
10X（9—1）%=10X（1.41—1）%=4.1%
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e=1.26,Z=18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：
18=3,x33x2918=3,x29x3318=33x3]x2918=33x29x3]18=29x3]x3318=29x33x3j
18=2jx32x3618=2jx36x3218=32x2jx3618=32x36x2（18=36x32x2,18=36x2]x32
18=3]x23x3618=3!
x36x2318=23x3]x3618=23x36x3]18=36x3]x2318=36x23x3]
转速重复的方案18=3]x23x（26x26-1）18=23x3]x（26x26-1）18=2]x32x（26x26-1）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18=3（x33x29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31.5,40,50,63,80,100,125,160,200,250,315,400,500,630,800,1000,1250,1600o
1600r/min
1250
〃imax=9’=1.26’=2<2符合要求
wlmin=^_6=1.26~6=l/4>1/4符合要求
最后扩大组的变速范围：
Rj=/"T）=1.269（2-1）=8<8符合要求
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
1440
则大带轮直径=id\（1-8）8取0.015d2=id[（I-£）=X125X（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：
III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5.=....,52,54,72,
取Sz=72可以确定三个传动副的齿数为
1：
1传动副3636
1：
1.25传动副3240
1：
1.6传动副2844
同理可确定IIIII轴的齿数和取84
1：
1传动副齿数取4242
1：
2传动副齿数取2856
1：
4传动副齿数取1767
IIIIV之间的传动副齿数和取90
2：
1的传动副齿数取6030
1：
4的传动副齿数取1872
©224尸
28
32
28
17
36」
44
40
60
18
42
6756
X—X
30
72J
X—
©125
KI
1440r/min
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
〃实际=〃屯、¥^（1一£片〃。
必
d2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
理论转速
31.5
■10
50
63
80
100
125
160
200
实际转速
31.81
39.98
49.99
62.68
78.8
98.5
125.36
157.6
197
转速误差
0.98
0.03
0.03
0.51
1.5
1.5
0.29
1.5
1.5
率（%）
10
11
12
13
11
15
16
17
18
理论转速
250
315
400
500
630
800
1000
1250
1600
实际转速
254.47
319.90
399.88
492.5
630.4
788
1002.9
1260.8
1576
转速误差
1.79
1.51
1.5
0.03
0.635
1.5
0.29
0.864
1.5
率（%）
允许误差：
10x（°—1）%=10x（1.26—1）%=2.6%
根据上表可知转速误差率在允许的范围内
29、用于成批生产的车床，主轴转速45F00r/min,为简化机构选用双速电机，n电二720r7inin和1440r/min,试画出该机床的转速度和传动系统图。
采用双速电机时公比一般取1.41和1.26本例中取1.11
R=
"〃min
z=W+1=lgiLll+^8
\g（plgl.41
查表可获得8级转速为45,63,90,125,180,250,360,500
拟定8级转速的结构式：
8=2）x29x248=2）x2.x278=2?
x2）x24
8=29x2.x2.8=2dx2.x208=2dx29x2.
M*TIIMMI
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8=2.x2.x24
I轴的带轮转速为720r/n】in
查表取小带轮的基准直径为125mm
1440
则大带轮直径6匕=，《（1一£）£取0.015d2=大1（1一£）=X125X（1-0.015）=246.25mm
查表取大带轮的基准直径为250mm
“主max
R=1.4「
1.41
>1/4符合要求
“主min=仞3=1・413=1/2.82
<8符合要求
最后扩大组的变速范围：
炽=矿5=1.414（2-,）=4
齿轮齿数的确定：
III轴之间的传动副共有2对传动比为1:
21:
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=.…,69,72,75
取5,=69可以确定三个传动副的齿数为
1：
2传动副2346
1：
2.82传动副1851
同理可确定11111轴的齿数和取72
1.11：
1传动副齿数取4230
1：
2.82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
=心*1一£）乂"2
1
2
3
1
5
6
7
8
理论转速
15
63
90
125
180
250
360
500
实际转速
44.87
63.56
89.73
127.12
175.21
218.22
350.43
496.41
转速误差
0.297
0.89
0.297
1.7
2.66
0.71
2.66
0.71
率（%）
〃实际
允许误差：
10x（^-!
）%=10x（1.41-1）%=4.1%
根据上表可知转速误差率在允许的范围内
33、某数控机床，主轴最高转速ninaK=4000r/min,最低转速=40r/min,计算转速为«.=160/7min,采IllaAJ
用直流电动机，电动机功率二15而，电动机的额定转速nd=1500/7min,最高转速为〃,小心=4500厂/min,试设计分
级变速箱的传动系，画出转速图和功率特性图，以及主传动系统图。
主轴要求的很功率范围为=冬些=四丝=25勺160
电机所能达到的恒功率范困Rd、；=也略=竺9=3nd1500
取外=2Z=1+（1gRnN-1gR（lN）/lgZ=l+（lg25-lg3）/lg2-i.O6取z二4
机械分级结构式可写作Z=4=2]X2,
电机的恒功率范围为1500"4500r/min
经过1
1.125
1:
1
1:
1
三对传动副在主轴可获得的功率范围为1333~4000r/min（红色）
经过1
1.125
1:
2
1:
1
三对传动副在主轴可获得的功率范围为667"2000r/min（黑色）
经过1
1.125
1:
1
1:
4
三对传动副在主轴可获得的功率范围为333~1000”min（绿色）
经过1
1.125
1:
2
1:
4
三对传动副在主轴可获得的功率范围为167^500r/min（蓝色）
四段之间互有措接
40~167r/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40x4x2x1.125=360/7min
10r,/min的主轴转速对应的电机消耗的功率为15X360/1500=3.6KW
2-36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）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：
以承受弯知为主的支承件的截面形状应取知形，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II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：
根拥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：
镶条用来调整知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、插刀动作都山液压动作来完成，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
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