武汉理工机械制造装备设计习题.docx
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武汉理工机械制造装备设计习题
武汉理工大学《机械制造装备设计》
一填空题
1.相邻两个变速组齿轮，采用排列或传动机构可以缩短其轴向长度。
1.型导轨和型导轨常用镶条来调整侧面间隙，镶条分为镶条和镶条两种。
4.机床夹具的基本组成部分包括，，三部分。
6.在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件，。
7.在金属切削机床上使用的夹具统称为。
8.一个尚未定位的工件其位置是不确定的，空间直角坐标系中有自由度。
9.机床应具有的性能指标包括：
，，，和。
10.矩形导轨和燕尾形导轨可采用来调整侧面间隙，辅助导轨副用来调整间隙。
11.主轴上的传动方式主要有传动和传动；精密机床、高速加工中心和数控车床常用的驱动方式是：
。
12.定位元件中适合于工件以精基准圆柱孔定位的元件有，，。
13.分度装置的分度精度等级一般分为，，三种。
14.基准误差研究的主要对象是工件的，两个基准。
15.是确定工件在夹具中的占有正确位置的过程。
16.定位方法中属于不正确的定位方式是。
17.一个变速组内的与的比值称为变速组的变速范围；其中，级比指数为的变速组称为基本组，第一扩大组的级比指数为（用公式表示）。
18.加强筋（肋）的主要用途是加强和减少。
19.主轴组件由、、、等组成。
20.机动夹紧装置包括，，三部分
21.按夹紧力的方向单件联动夹紧有三种方式，，。
22.定位元件中适合于工件以外圆柱面定位的元件有，。
23.用合理分布的六个支承点限制工件的六个自由度称为。
24.支承板比较适合于工件以平面定位。
25.扩大传动系统变速范围，可采用，，和等方法。
26.隔板的作用是将载荷传递给，从而使整个支承件能比较均匀地承受载荷。
27.机构中适合于轴向分度对定的机构有，，，。
28.夹紧力作用点的确定原则中作用点的位置应当
29.属于机动夹紧装置力源装置的有，，。
30.回转分度装置按分度盘和对定销相对位置的不同可分为两种基本形式，。
31.长方体大表面由的三个支承点（不在同一直线）定位可限制个自由度。
32.工件以“两孔一面”组合定位时可限制工件自由度。
三、简答题
1.主轴组件由哪些部分组成？
主轴组件的功用是什么？
主轴组件应满足的基本要求是什么？
2.支承件的静刚度包括哪三种刚度？
提高支承件静刚度的措施有哪些？
3.按摩擦性质和受力状态分类，导轨分别有哪些类型？
导轨的基本要求有哪些？
4.主轴上的传动方式主要有哪两种？
各有何特点？
分别适用于什么场合？
13.机械加工生产线
四、分析论述题
1.试述下图中单件对向联动夹紧装置的夹紧与放松工作原理及工作过程？
分析要点：
工作过程中活塞杆下移杠杆铰链作用下工件夹紧
活塞杆上升杠杆铰链作用下工件放松
2.分析下图中各对定机构的名称、特点及其在分度装置中的作用。
分析要点：
a钢球对定：
一般用于预定位
b圆柱销对定：
用于一般精度定位
c菱形销对定：
一般用于防转定位
d圆锥销对定：
用于精度较高的定位
e双斜面楔形槽对定:
用于精度较高的周向定位
f单斜面楔形槽对定:
用于一般精度的周向定位
g正多面体对：
用于一般精度定位
h滚珠对定：
一般用于预定位
3.下图为某机床主轴组件结构图，要求：
1）、在图上画出主轴双向轴向力的传递路线；
2）、画出主轴推力轴承配置形式示意图；
3）、说明主轴轴向定位方式及其特点，并说明这类主轴组件适用于什么场合？
1.如上图
2
3、主轴轴向定位方式为：
前端定位。
其特点为：
推力轴承安装在主轴前端，前支承结构复杂，受力大，温升高，主轴受热膨胀向后伸长，对主轴前端位置影响较小。
这类主轴组件适用于：
轴向精度和刚度要求较高的高精度机床和数控机床。
4.下图为某机床主轴组件结构图，要求：
1）、在图上画出主轴双向轴向力的传递路线；
2）、画出主轴推力轴承配置形式示意图；
3）、说明主轴轴向定位方式及其特点，并说明这类主轴组件适用于什么场合？
1、见图。
2、
3、主轴轴向定位方式为后端定位。
优点：
前支承结构简单，发热小，温升低；主轴悬伸量小，后支承调整方便。
缺点：
主轴受热膨胀向前伸长，影响轴向精度；主轴受压段较长，易弯曲变形（细长轴），精度（刚度）较差。
该类主轴组件适用于轴向精度要求不高的普通机床。
五、综合应用题
1.欲设计某普通车床的主传动系统。
已知：
主轴最高转速nmax＝1500r/min，主轴最低转速nmin＝33.5r/min，电动机转速n电＝1500r/min，主轴转速公比φ＝1.41。
公比φ＝1.06的标准数列为：
1
1.06
1.12
1.18
1.25
1.32
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.12
2.24
2.36
2.5
2.65
2.8
3
3.15
3.35
3.55
3.75
4
4.25
4.5
4.75
5
5.3
5.6
6
6.3
6.7
7.1
7.5
8
8.5
9
9.5
完成内容：
1、求出主轴的变速范围Rn；
2、用公式计算出主轴转速级数Z；
3、由给定的公比φ＝1.06的标准数列值表确定主轴各级标准转速；
4、写出至少4个不同的结构式；
5、确定一个合理的结构式，并说明其合理性；
6、画出5中结构式对应的结构网；
7、画出合理的转速图（要求标注齐全）；
8、确定各传动轴的计算转速（nj＝95r/min）；
9、确定第二扩大组内各齿轮的计算转速.
答：
1、主轴的变速范围Rn＝1500/33.5＝45；
2、主轴转速级数Z＝12；
3、主轴各级标准转速为：
33.5、47.5、67、95、132、190、265、375、530、750、1060、1500r/min；
4、4个不同的结构式：
12＝31×23×26；12＝31×26×23；12＝23×31×26；12＝26×23×31。
5、合理的结构式为：
12＝31×23×26。
合理性：
①符合变速级数、级比规律；②传动件“前多后少”；③结构网“前密后疏”；④第二扩大组的变速范围r＝1.416＝8，满足极限变速范围要求。
12＝31×23×26
7、合理的转速图：
具体分析。
（画出转速图）
8、各传动轴的计算转速：
根据转速图，具体分析。
9、第一扩大组内各齿轮的计算转速：
根据转速图，具体分析。
（7、8无唯一答案）
2.设计一台车床的主传动系统。
已知条件：
主轴最高转速nmax＝1800r/min，最低转速nmin＝40r/min，电动机转速n电＝1500r/min。
主轴转速公比φ＝1.41。
φ＝1.06的标准数列为：
1
1.06
1.12
1.18
1.25
1.32
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.12
2.24
2.36
2.5
2.65
2.8
3
3.15
3.35
3.55
3.75
4
4.25
4.5
4.75
5
5.3
5.6
6
6.3
6.7
7.1
7.5
8
8.5
9
9.5
完成内容：
1、求出主轴的变速范围Rn；
2、用公式计算出主轴转速级数Z；
3、由给定的φ＝1.06的标准数列值表确定主轴各级标准转速；
4、写出至少4个不同的结构式；
5、画出所列结构式中至少2个相应的结构网；
6、确定一个合理的结构式，并说明其合理性；
7、画出合理的转速图（要求标注齐全）;
8、写出各传动轴的计算转速（nj＝112r/min，要求与转速图中的符号相对应）；
9、写出第一扩大组内各齿轮的计算转速。
答：
1、主轴的变速范围：
Rn＝nmax/nmin＝1800/40＝45；
2、主轴转速级数：
Z＝lgRn/lgφ＋1＝lg45/lg1.41＋1≈12.08，取Z＝12；
3、主轴各级标准转速为：
40，56，80，112，160，224，315，450，630，900，1250，1800。
4、4个不同的结构式为：
12＝31×23×26；
12＝32×21×26；
12＝32×26×21；
12＝31×26×23。
共有18种，可写出任意4种。
5、2个相应的结构网如下图：
（共有18个，可画出任意2个）。
12＝31×23×2612＝32×21×26
6、合理的结构式：
12＝31×23×26
合理性：
①符合变速级数、级比规律；②传动件“前多后少”；③结构网“前密后疏”；④第二扩大组的变速范围r＝1.416＝8，满足极限变速范围要求。
7、合理的转速图：
具体分析。
（画出转速图）
8、各传动轴的计算转速：
根据转速图，具体分析。
9、第一扩大组内各齿轮的计算转速：
根据转速图，具体分析。
（7、8无唯一答案）
3.已知某机床的主轴转速为n=100-1120r/min，转速级数Z=8，电动机转速
nm=1440r/min。
试根据机床主传动系统的设计原则，完成：
1.拟定传动系统的结构式；
2.设计转速图；
3.画出转速图。
1
1.06
1.12
1.18
1.25
1.32
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.12
2.24
2.36
2.5
2.65
2.8
3
3.15
3.35
3.55
3.75
4
4.25
4.5
4.75
5
5.3
5.6
6
6.3
6.7
7.1
7.5
8
8.5
9
9.5
1.计算公比φ
已知：
，Z=8.根据
则
即：
φ=1.41
2．确定传动组、传动副和扩大顺序
根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：
①Z=4ⅹ2；②Z=2ⅹ4；③Z=2ⅹ2ⅹ2
在方案①，②中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案③：
Z=2ⅹ2ⅹ2
根据前疏后密原则，选择结构式为：
8=21ⅹ22ⅹ24
3.转速图绘制设计
①主轴各级转速为：
100，140，200，280，400，560，800，1120r/min
②确定定比传动比：
取轴Ⅰ的转速值为800r/min，则电机轴与轴的传动比为：
③确定各变速组最小传动比
从转速点800r/min到100r/min共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓
后急的原则，第二变速组最小传动线下降2格；第一变速组最小传动线下降2-1=1格；第三变速组最小传动线下降2+1=3格。
4.绘制转速图
4.已知某机床的主轴转速为n=118-1320r/min，转速级数Z=8，电动机转速
n电=1440r/min。
试根据机床主传动系统的设计原则，完成：
1.拟定传动系统的结构式；
2.设计转速图；
3.画出转速图。
1
1.06
1.12
1.18
1.25
1.32
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.12
2.24
2.36
2.5
2.65
2.8
3
3.15
3.35
3.55
3.75
4
4.25
4.5
4.75
5
5.3
5.6
6
6.3
6.7
7.1
7.5
8
8.5
9
9.5
1.计算公比φ
已知：
，Z=8.根据
则
即：
φ=1.41
2．确定传动组、传动副和扩大顺序
根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：
①Z=4ⅹ2；②Z=2ⅹ4；③Z=2ⅹ2ⅹ2
在方案①，②中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案③：
Z=2ⅹ2ⅹ2
根据前疏后密原则，选择结构式为：
8=21ⅹ22ⅹ24
3.转速图绘制设计
①主轴各级转速为：
118，170，236，335，475，670，950，1320r/min
②确定定比传动比：
取轴Ⅰ的转速值为800r/min，则电机轴与轴的传动比为：
③确定各变速组最小传动比
从转速点950r/min到118r/min共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓后急的原则，第二变速组最小传动线下降2格；第一变速组最小传动线下降2-1=1格；第三变速组最小传动线下降2+1=3格。
4.绘制转速图
5.在如图所示零件上铣槽，要求保证尺寸和槽宽12h9。
现有三种定位方案，如图b、c、d所示，试计算三种方案的定位误差，从中选出最优方案。
解1）分析键宽尺寸，由铣刀的相应尺寸来保证。
槽底位置尺寸540-0.14的加工误差，在三种定位方案中不同。
方案b、c产生基准位移误差Δj.y（b）、Δj.y（c）和基准不重合误差Δj.b（b）、Δj.b（c）；方案d的定位基准与设计基准重合，Δj.b（d）=0。
2）计算误差已知工件内孔的TD=0.03mm，工件外径的Td=0.10mm，心轴的Td1=0.02mm，工件的δ54=0.14mm。
方案b的定位误差
方案c的定位误差
方案d的定位误差
3）比较、判断根据计算得：
因
而且
，
故方案d是能满足加工要求的最优方案。
6.按图示定位方案铣削工件上的台阶面，工件高度尺寸为44±0.13mm，要求保正尺寸18±0.14mm。
试分析和计算这时的定位误差，并判断该定位方案是否合理，若不合理如何改进，并画图示意。
（15分）
1.如图工件的加工定位基准是B面，尺寸18±0.14的设计基准是A面，
故存在基准不重合定位误差Δj.b。
2.已知定位尺寸Ld=44±0.13，ΔLd=0.26mm，则Δd.w=Δj.b=0.26mm
又因本工序要求保证的加工尺寸为Lk=18±0.14，其允差为δk=0.28mm
则δk–Δd.w=0.28-0.26=0.02mm
3.从计算中看出，Δd.w在加工误差中所占比重太大，留给其它加工误差的允差仅0.02mm，因此，实际加工中易出现废品，该定位方案不宜采用最好改为基准重合的定位方式，使Δd.w=0，并画图示意
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