02210機械制造裝備設計第4版課后習題答案(李慶余)

4版第一章習題參考答案1-1機床應滿足哪些基本要求？什么是人機關系？機床應具有的性能指標:1、工藝范圍； 2、加工精度； 3、生產(chǎn)率和自動化； 4、可靠性；人機關系：使機床符合人的生理和心理特征，實現(xiàn)人機環(huán)境高度協(xié)調統(tǒng)一，為操作者創(chuàng)造一個安全、舒適、可靠、高效的工作條件；能減輕操作者精神緊張和身體疲勞。機床的信號指示系統(tǒng)的顯示方式、顯示器位置等都能使人易于無誤地接受；機床的操縱應靈活方便，符合人的動作習慣，使操作者從接收信號到產(chǎn)生動作不用經(jīng)過思考，提高正確操作的速度，不易產(chǎn)生誤操作或故障。機床造型應美觀大方，色彩協(xié)調，提高作業(yè)舒適度。另外，應降低噪聲，減少噪聲污染。1-2機床設計的內容和步驟是什么？機床設計大致包括總體設計，技術設計，零件設計，樣機試制和試驗鑒定四個階段。1-3機床的總體方案擬定包括什么內容？機床總布局的內容和步驟是什么？總體設計：1、掌握機床的設計依據(jù)； 2、工藝分析； 3、總體布局； 4、確定主要的技術參數(shù)機床總體布局：1、分配機床運動； 2、選擇傳動形式和支承形式； 3、安排操縱部位；4、擬定提高動剛度的措施。1-4機床分配運動的原則是什么？驅動型式如何選擇？機床運動的分配應掌握四個原則：1、將運動分配給質量小的零部件；2、運動分配應有利于提高工件的加工精度； 3、運動分配應有利于提高運動部件的剛度； 4、運動分配應視工件形狀而定。機床的主傳動按驅動電動機類型分為交流電動機驅動和直流電動機驅動。交流電動機驅動又分為單速電動機、雙速電動機及變頻調速電動機驅動。機床傳動的形式有機械傳動，液壓傳動等。機械傳動靠滑移齒輪變速，變速級數(shù)一般少于 30級，它傳遞功率大，變速范圍較廣，傳動比準確，工作可靠，廣泛用于通用機床中，尤其是中小型機床中。缺點是有相對轉速損失，工作中不能變速。隨著變頻調速技術的迅速發(fā)展，變頻調速—多楔帶—齒輪傳動組合的傳動已成為機床主傳動的主導形式。液壓無級變速傳動平穩(wěn)，運動換向沖擊小，易于實現(xiàn)直線運動，適用于刨床、拉床、大型矩臺平面磨床等機床的主運動中。機床進給運動的傳動多采用機械傳動（齒輪副、絲杠螺母副、齒輪齒條等）或液壓無級傳動。數(shù)控機床進給運動采用伺服電動機—齒輪傳動—滾珠絲杠副傳動。設計時根據(jù)具體情況，以滿足使用要求為原則，合理選定。1-5機床的尺寸參數(shù)包括的哪些參數(shù)？如何確定？機床的尺寸參數(shù)是指影響機床加工性能的一些尺寸。主參數(shù)代表機床的規(guī)格的大小，是最重要的尺寸參數(shù)。另外，機床尺寸參數(shù)還包括第二主參數(shù)和一些重要的尺寸。1-6怎樣減少機床的振動，減小齒輪的噪聲值？對來自機床外部的振源，最可靠最有效的方法就是隔離振源。應盡量使主運動電動機與主機分離，并且采用帶傳動（如：平帶傳動、V帶傳動、多楔帶傳動等）驅動機床的主運動，避免了電機振動的傳遞。對無法隔離的振源（如：立式機床的電動機）或傳動鏈內部形成的振源，則應：①選擇合理的傳動形式（如：采用變頻無級調速電機或雙速電機） ，盡量減短傳動鏈，減少傳動件個數(shù)，即減少振動源的數(shù)量； ②提高傳動鏈各傳動軸組件，尤其是主軸組件的剛度，提高其固有角頻率；③大傳動件應作動平衡或設置阻尼機構；④箱體外表面涂刷高阻尼涂層，如機床膩子等，增加阻尼比；⑤提高各部件結合面的表面精度，增強結合面的局部剛度。自激振動，與機床的阻尼比，特別是主軸組件的阻尼比，刀具以及切削用量，尤其是切削寬度密切相關。除增大工作部件的阻尼比外，還可調整切削用量來避免自激振動，使切削穩(wěn)定。減少熱變形最簡單最有效的方法是隔離熱源。除將電動機盡量與主機分離外，液壓泵、液壓閥、油箱等應與主機隔離，減少傳給機床的熱量，從而減小機床熱變形。加強空氣流通，改善環(huán)境溫度，也是減少熱變形的有效措施之一。不能分離的熱源，應采用以下措施：①產(chǎn)生熱量較大的熱源，進行強制冷卻。如切削液冷卻加工部位，壓力潤滑油循環(huán)冷卻主軸軸承等。精密機床可在恒溫下加工；②熱源相對結

構對稱，熱變形后中心位置不變。如臥式車床主軸水平位置基本對稱， 機床溫度升高后，機床主軸水平位移很??；③改善排屑狀態(tài)。數(shù)控車床的床身導軌傾斜于主軸后上方，使切屑在自重作用下落入下面小車中或切屑輸送機上， 切屑不與床身和導軌副接觸，避免了切屑攜帶的切削熱傳給床身導軌，減少了熱變形。減少齒輪噪聲的措施：①縮短傳動鏈，減少傳動件的個數(shù)；②采用小模數(shù)、硬齒面齒輪，降低傳動件的線速度。實踐證明：線速度降低 50%,噪聲降低6db;③提高齒輪的精度；④采用增加齒數(shù)、減小壓力角或采用斜齒圓柱齒輪， 增加齒輪嚙合的重合度， 機床齒輪的重合度應不小于1.3;⑤提高傳動件的阻尼比，增加支承組件的剛度。1-7機床的主運動參數(shù)如何確定？等比傳動有何優(yōu)點？通用機床公比選用原則是什么？不同的機床，對主運動參數(shù)的要求不同。 專用機床和組合機床是為特定工件的某一特定工序而設計的，每根主軸只有一種轉速，根據(jù)最佳切削速度而定。通用機床是為適應多種工件加工而設計的，工藝范圍廣， 工件尺寸變化大，主軸需要變速。因此需確定主軸的變速范圍，即最高轉速、最低轉速。主運動可采用無級變速，也可采用分級變速。如果采用分級變速，則還應確定轉速級數(shù)。1-8標準公比勺哪些，是餐據(jù)什么確勺的？ 數(shù)控機床號級傳動的今匕是否為尸準值？[1.06 ]1.12 | 1.26I1.41 | 1.58[ 1.78| 2公比越小，最大相對轉速損失率 Amax就??；但變速范圍也隨之變小，要達到一定的變速范圍，就必須增加變速組數(shù)目、增加傳動副個數(shù)，使結構復雜。對于中型機床，公比一般選取1.26或1.41;對于大型重型機床，加工時間長，公比邛應小一些，一般選取1.26、1.12或1.06;非自動化小型機床， 加工時間小于輔助時間， 轉速損失對機床勞動效率影響不大，為使機床結構簡單，公比 邛可選大一些，可選擇1.58、1.78,甚至2。專用機床原則上不變速，但為適應技術進步，可作適當性能儲備，公比 邛可選擇1.12、1.26。數(shù)控機床分級傳動的公比不是為標準值。1-9機床的動力參數(shù)如何選擇？數(shù)控機床與普通機床的動力參數(shù)確定方法有什么不同?1、機床主運動的功率P主為 P主=Pa+P空+P附普通機床主運動的功率根據(jù)計算轉速， 典型工藝參數(shù)確定。普通機床主運動電動機， 恒速轉動，無恒轉矩轉速段。數(shù)控機床主軸電動機既有恒功率轉速， 又有恒轉矩轉速范圍；主運動功率根據(jù)計算轉速、恒功率變速范圍、典型工藝參數(shù)確定。進給運動電動機功率的確定：2、普通機床進給運動電動機功率的確定：⑴進給運動與主運動合用一臺電動機時，可不單獨計算進給功率，而是在確定主電動機功率時引入一個系數(shù) k,機床主電動機功率為⑵進給運動中工作進給與快速移動合用一臺電動機時，快速電動機滿載起動，且加速度大，所消耗的功率遠大于工作進給功率，且工作進給與快速移動不同時進行。所以該電動機功率按快速移動功率選取。數(shù)控機床屬于這類情況。⑶進給運動單獨使用一臺電動機時，進給運動電動機功率 Pf按下式計算QvfPf二 60000f3.快速移動電動機功率的確定⑴交流異步快速移動電動機功率的確定 快速移動電動機起動時間短、移動部件加速度大。在較短時間內（0.5~1s）,使質量較大的移動部件達到所需的移動速度，電動機一方面要克服移動部件和傳動系統(tǒng)的慣性力， 使其起動并迅速加速；另一方面電動機需克服移動部件因移動而產(chǎn)生的摩擦力。起動過程中消耗的功率P由克服慣性力所需功率 部件因移動而產(chǎn)生的摩擦力。起動過程中消耗的功率P由克服慣性力所需功率 P1和克服摩擦力所需的功率P2組成。移動部件在起動過程中，是勻加速運動，平均速度是 Vmax/2,但由于起動時間短，計算電動機起動功率時可按最大移動速度計算。 當移動部件達到所需的移TOC\o"1-5"\h\z動速度后，移動部件變?yōu)楹闼龠\動， 電動機僅需克服移動部件的摩擦力就能維持其運動， 即快速移動時所消耗的功率為 P2。因此，快速移動電動機的功率應按起動時所需功率選取，即由于電動機起動轉矩大于額定轉矩， 而電動機的功率是按連續(xù)工作狀態(tài)確定的， 起動功率折算成連續(xù)（額定）功率為DP1P2 Man P2P二 二 -ki 9550k1 ki⑵伺服電動機選擇：1）進給運動的平穩(wěn)性 伺服電動機的轉子由永磁材料制成，是同步型電動機，即只要電磁驅動轉矩大于負載轉矩， 電動機轉速與定子磁場轉速相等， 且進給運動速度不受切削負載變化的影響； 數(shù)控進給系統(tǒng)屬恒轉矩特性， 為使進給運動平穩(wěn)，—伺服.電動機的額定轉矩Me應不小于最大切削負載轉矩MleFPMe>Ml=（ma+Mfi+Mf2）i

20002）起動轉矩和加速特性伺服電動機可用式1-16計算所需起動轉矩，交流伺服電動機ta為伺服系統(tǒng)時間常數(shù)的一半。由工作臺的移動速度 v=niPh=30oPhi/n,得工作臺的加速時間ta和加速度ammax30Mamax-Mamax

a二 -Mamax

a二 PhinmaxJmJl2…60taPhi=?60ta《機械制造裝備設計》第3版第二章習題參考答案2-1何謂轉速圖中的一點三線？機床的轉速圖表示什么？轉速圖包括一點三線：轉速點，主軸轉速線，傳動軸線，傳動線。⑴轉速點主軸和各傳動軸的轉速值， 用小圓圈或黑點表示，轉速圖中的轉速值是對數(shù)值。⑵主軸轉速線 由于主軸的轉速數(shù)列是等比數(shù)列，所以主軸轉速線是間距相等的水平線，相鄰轉速線間距為lg中。⑶傳動軸線距離相等的鉛垂線。從左到右按傳動的先后順序排列， 軸號寫在上面。鉛垂線之間距離相等是為了圖示清楚，不表示傳動軸間距離。⑷傳動線兩轉速點之間的連線。傳動線的傾斜方式代表傳動比的大小， 傳動比大于1,其對數(shù)值為正，傳動線向上傾斜；傳動比小于 1,其對數(shù)值為負，傳動線向下傾斜。傾斜程度表示了升降速度的大小。一個主動轉速點引出的傳動線的數(shù)目， 代表該變速組的傳動副數(shù)；平行的傳動線是一條傳動線，只是主動轉速點不同。轉速圖是表示主軸各轉速的傳遞路線和轉速值， 各傳動軸的轉速數(shù)列及轉速大小， 各傳動副的傳動比的線圖。2-2結構式與結構網(wǎng)表示機床的什么內容？（主軸除外）轉速值只表示傳動比的相對關系，主軸轉速的傳遞路線， 而不表示傳動軸（主軸除外）轉速值大小的線圖稱為結構網(wǎng)。結構式是結構網(wǎng)的數(shù)學表達式或等比數(shù)列變速系統(tǒng)原理數(shù)學表達式。2-3等比傳動系統(tǒng)中，總變速范圍與各變速組的變速范圍有什么關系？與主軸的轉速級數(shù)有什么關系？總變速范圍為R/ri/Jj=WJ」2-4等比傳動系統(tǒng)中，各變速組的級比指數(shù)有何規(guī)律?第j擴大組的級比指數(shù)為Xj=P0PIP2P（j」）2-5擬定轉速圖的原則有哪些？.極限傳動比、極限變速范圍原則一般限制最小傳動比為"所>1/4；為減少振動，提高傳動精度，直齒輪的最大傳動比imax<2,斜齒圓柱齒輪imax<2.5；直齒輪變速組的極限變速范圍是r=24=8斜齒圓柱齒輪變速組的極限變速范圍為r=2.54=10.確定傳動順序及傳動副數(shù)的原則從傳動順序來講，應盡量使前面的傳動件多一些。 即：前多后少的原則?？傊畱捎萌?lián)或雙聯(lián)滑移齒輪變速組，且三聯(lián)滑移齒輪變速組在前。數(shù)學表達式為3>Pa>Pb>Pc>,,,.確定擴大順序擴大順序應采用前密后疏。數(shù)學表達式為XaVXbVXcV….確定最小傳動比的原則最小傳動比應采取前緩后急的原則，也稱為遞降原則。最后變速組的最小傳動比常取1/4。數(shù)學表達式為一一「1i…ni. .ni1n…n—lamin"1bmin"[cmin .42-6機床轉速圖中，為什么要有傳動比限制，各變速組的變速范圍是否一定在限定的范圍內，為什么？極限傳動比、極限變速范圍原則在設計機床傳動時，為防止傳動比過小造成從動齒輪太大，增加變速箱的尺寸，一般限制最小傳動比為篇所>1/4；為減少振動，提高傳動精度，直齒輪的最大傳動比 imax<2,斜齒圓柱齒輪imaxW2.5；直齒輪變速組的極限變速范圍是r=24=8斜齒圓柱齒輪變速組的極限變速范圍為r=2.54=10最后變速組變速范圍可為單回曲機構(背輪機構) ，最大變速范圍為16。2-7機床傳動系統(tǒng)為什么要前多后少，前密后疏，前緩后急？機床的主傳動系統(tǒng)為降速傳動(大部分甚至全部轉速低于電動機的轉速) 。傳動件越靠近電動機其轉速就越高， 在電動機功率一定的情況下， 所需傳遞的轉矩就越小， 傳動件和傳動軸的幾何尺寸就越小。因此，從傳動順序來講，應盡量使前面的傳動件多一些。即：前多后少的原則。變速組j的變速范圍是rj=中％'口，在公比一定的情況下，級比指數(shù)和傳動副數(shù)是影響變速范圍的關鍵因素。只有控制xj(Pj—1)的大小，才能使變速組的變速范圍不超過允許值。傳動副數(shù)多時，級比指數(shù)應小一些?？紤]到傳動順序中有前多后少的原則，擴大順序應采用前密后疏。使更多的傳動件在相對高速下工作， 減少變速箱的結構尺寸，除在傳動順序上前多后少、擴大順序上前密后疏外， 最小傳動比應采取前緩后急的原則， 也稱為遞降原則。傳動件在傳遞轉矩和運動的同時，也將其自身的轉角誤差按傳動比的大小放大縮小， 依次向后傳遞，最終反映到執(zhí)行件上。如果最后變速組的傳動比小于 1,就會將前面各傳動件傳遞來的轉角誤差縮小，傳動比越小，傳遞來的誤差縮小倍數(shù)就越大，從而提高傳動鏈的精度。因此采用先緩后急的最小傳動比原則，有利于提高傳動鏈末端執(zhí)行件的旋轉精度。2-8公比華=1.26,結構式為24=32M23父26M212,計算各變速組的級比、變速范圍及總變速范圍，并指出該結構式表示什么類型的傳動鏈。在保證結構式性質不變的情況下，若想縮短傳動鏈，應采用什么措施？xa =1.262 =1.58 ra =1.26(3° 2 =2.52 ：xb =1.263 =2 rb -1.26(2J)3 -2xc=1.266=4 rc=1.26(2口6=4 xd=1.2612=16 %=1.26(2-1)12=16R=1.262442=1.2625=315第二變速組為基本組，級比指數(shù)為 3,因而該系統(tǒng)為對稱雙公比傳動鏈；最后擴大組的變速范圍為16,是單回曲機構；故該結構式表示的傳動鏈是具有單回曲機構的對稱雙公比傳動鏈。由于基本組傳動副數(shù)為2,級比也為3,可由雙速電動機代替，雙速電動機為動力源，必須為第一變速組。結構是調整為： 24=23M32M26M2122-9某機床公比邛=1.26,主軸轉速級數(shù)Z=16,n1=40r/min,nmax=2000r/min,試擬定出結構式，畫出結構網(wǎng)；若電動機功率P=4kW,額定轉速nm=1440r/min,確定齒輪齒數(shù)，畫出轉速圖。該機床的變速范圍是

200040二200040二50需要的理論轉速級數(shù)為Z'=1g50+1=18>16

lg丁采用對稱雙公比傳動，大公比格數(shù)為：x'=18-16=2為偶數(shù)，且小于8；則該機床床的結構式為16=2—222428按前密后疏的原則16=。223 24 28結構網(wǎng)、轉速圖如圖所示。（注：（1）轉速圖不是唯一的，（2）第2變速組傳動比乘以結構網(wǎng)、轉速圖如圖所示。1.06,第3變速組傳動比除以1.06）/fJ\\ //Jrf/jjr /fJ\\ //Jrf/jjr f jr7//力/f'J/JrXXL,__1 \ 、k 、、'IVn222324題9某機床主傳動鏈結構網(wǎng)28題9某機床主傳動鏈轉速圖2-10某機床的主軸轉速為n=40?1800r/min,公比邛=1.41，電動機轉速nm=1440r/min,試擬定結構式、轉速圖；確定齒輪齒數(shù)、帶輪直徑比，驗算轉速誤差；畫出傳動系統(tǒng)圖。該機床的變速范圍是180040二45需要的理論轉速級數(shù)為180040二45需要的理論轉速級數(shù)為則該機床床的結構式為1g451=1212二31212二312326結構網(wǎng)、轉速圖如圖所示。三變速組傳動比乘以1.06）（注：轉速圖不是唯一的；第一變速組傳動比除以1.06,第題10某機鉆床主傳動鏈結構網(wǎng)題10某機床主傳動鏈轉速圖、11(6522=0.08%44 ”題10某機鉆床主傳動鏈結構網(wǎng)題10某機床主傳動鏈轉速圖、11(6522=0.08%'b2=1 2.22%'b2452-11某機床的主軸轉速為n=100?1120r/min,轉速級數(shù)Z=8,電動機轉速nm=1440r/min,試擬定結構式、畫出轉速圖和傳動系統(tǒng)圖。該機床的變速范圍是1120 c =11.2100該機床的公比為8V11.2=1.41則該機床床的結構式為12=22224IV題11某機床主傳動鏈轉速圖r.——r 4IV題11某機床主傳動鏈轉速圖r.——r 4i J- 」?n212224轉速圖中：第二變速組傳動比除以1.06,第三變速組傳動比除以 1.06。傳動系統(tǒng)圖略。轉速圖中：第二變速組傳動比除以2-12寬式排列中是否有滑移齒輪齒數(shù)差要求，最大滑移齒輪是否一定居中，能否實現(xiàn)

順序變速？為什么？寬式排列滑移齒輪滑移嚙合變速過程中， 位于中間位置的滑移齒輪沒有越過任何固定齒輪，不存在齒頂干涉問題，因而寬式排列中沒有最大、次大或最小滑移齒數(shù)差不小于4的條件，三個滑移齒輪可任意排列；能實現(xiàn)順序變速。z3 Z2z3 Z2ab題12無齒頂干涉條件的排列a）最大滑移齒輪居中的無齒頂干涉條件的排列a）最大滑移齒輪居中的無齒頂干涉條件的排列b）最小滑移齒輪居中的無齒頂干涉條件的排列2-13適用于大批量生產(chǎn)模式的專門化機床，主軸轉速 n=45?500r/min,為簡化結構采用了雙速電動機，nm=720/1440r/min，試畫出該機床的轉速圖和傳動系統(tǒng)圖。該機床的變速范圍是R需要的理論轉速級數(shù)為Z50045二11R需要的理論轉速級數(shù)為Z50045二11.2該機床專門化機床，選才i1.12、1.26。若采用原則上不變速,=1.26_lg11.2lg;：但為適應技術進步,可作適當性能儲備,公比中可31:11.5題13某機床主傳動鏈轉速圖題13某機鉆床主傳動鏈結構網(wǎng)咿22-7避WHJifa咿22-7避WHJifa速空轉njnj=180r/minnj=500r/min=500r/min該機床采用雙速電動機，則該機床床的結構式為12=233i25.5轉速圖中第二變速組，傳動比除以1.06;第三變速組的傳動比乘以1.06。傳動系統(tǒng)圖略2-14舉例說明避免背輪機構高速空轉的措施。2-15求圖2-33所示傳動系統(tǒng)的各齒輪、主軸、傳動軸的計算轉速。主軸計算轉速nj=63r/minIV軸計算轉速nj=180r/min出軸計算轉速nj=180r/minn軸計算轉速nj=500r/mini軸計算轉速nj=1000r/minz23:z65（1￥軸~曠軸）齒輪副主動輪計算轉速z23:z65（曠軸~1￥軸）齒輪副主動輪計算轉速z21:z59、z40:z40齒輪副主動輪計算轉速z20:z40、z25:z35、z30:z30齒輪副主動輪計算轉速nj=1000r/min2-16某數(shù)控機床，主軸n=31.5?3000r/min,計算轉速nj=125r/min;主傳動采用變頻電動機驅動，電動機轉速為nm=6?4500r/min,額定轉速 nd=1500r/min,功率為P=7.5kW。試設計電動機串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)。1)即RPm速組數(shù)主軸要求的恒功率變速范圍c3000?IRPn= =24125電動機的恒功率變速范圍是 3,=m=3該系統(tǒng)至少需要的轉速級數(shù)、變ZminlgRPnlg：m卷289kminlg”1.53取4）分級傳動系統(tǒng)的實際公比為lg2k=2,Z=4-Z-4'-:RRpnpm二25）5）結構式為4=21 226）分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為imin1251500112根據(jù)前緩后急的原則取7)其它傳動副的傳動比為ib1ia1i01.5ia2=ia1「F2=1ib2=ib1「28)調速電動機的最低工作轉速為nmmin=31.512r/min=378r/min9)電動機最低工作轉速時所傳遞的功率為Pmmin =8)調速電動機的最低工作轉速為nmmin=31.512r/min=378r/min9)電動機最低工作轉速時所傳遞的功率為Pmmin =Pm -mmn=7.5-^78-kW=1.89kWn02-17某數(shù)控機床，主軸電動機驅動，電動機轉速為1500n=22.5?4500r/min,計算轉速nj=750r/min;主傳動采用變頻nm=6?4500r/min,額定轉速nd=1500r/min,功率為P=7.5kW。試設計電動機串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)。1)主軸要求的恒功率變速范圍1)主軸要求的恒功率變速范圍4500八RPn= ~=67502)3)電動機的恒功率變速范圍是

該系統(tǒng)至少需要的轉速級數(shù)、ZigRpnZmin2)3)電動機的恒功率變速范圍是

該系統(tǒng)至少需要的轉速級數(shù)、ZigRpnZmin一ig?'m3,即Rpm變速組數(shù)=1.63取4)分級傳動系統(tǒng)的實際公比為lg3k=1,Z=2kmin簧二076=235)結構式為6)分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為ir1min5)結構式為6)分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為ir1min2=217501500ia17)其它傳動副的傳動比為ia2=ia1ia17)其它傳動副的傳動比為ia2=ia11：F=-2=128)調速電動機的最低工作轉速為nmmin=22.52r/min=45r/min根據(jù)前緩后急的原則取i。=19)電動機最低工作轉速時所傳遞的功率為9)n 45Pmmin=Pm =7.5——kW=0.225kWn0 15002-18某數(shù)控機床，主軸n=31.5?2400r/min,計算轉速nj=200r/min；主傳動采用變頻電動機驅動，電動機轉速為 nm=6?4500r/min,額定轉速nd=1500r/min,功率為P=7.5kW。試設計電動機串聯(lián)的分級傳動系統(tǒng)。1)主軸要求的恒功率變速范圍1)主軸要求的恒功率變速范圍cc2400 .八R=n= =12200電動機的恒功率變速范圍是

該系統(tǒng)至少需要的轉速級數(shù)、ZminlgRpnlgm3,即RPm=④m變速組數(shù)lg12”代二 二2.26取lg3k電動機的恒功率變速范圍是

該系統(tǒng)至少需要的轉速級數(shù)、ZminlgRpnlgm3,即RPm=④m變速組數(shù)lg12”代二 二2.26取lg3k=2Z=4minlg2.26… =1.18lg2分級傳動系統(tǒng)的實際公比為RPnRpm=4碧="8結構式為分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比為im4=2122200 1in-15007.5根據(jù)前緩后急的原則取7)其它傳動副的傳動比為ib1ia1ioia2=7)其它傳動副的傳動比為ib1ia1ioia2=ia1；F=-1.58=ib2M212.521.261.582=18)9)調速電動機的最低工作轉速為8)9)nmmin=31.57.5r/min=236r/min電動機最低工作轉速時所傳遞的功率為Pmmin二Pm^^=7.5-236kW=1.18kWmmmn 15002-19無級變速有哪些優(yōu)點？無級變速能使機床獲得最佳切削速度， 無相對轉速損失；且能夠在加工過程中變速， 保持恒速切削；無級變速器通常是電變速組，恒功率變速范圍為 2?16,恒轉矩變速范圍大于100,這樣，縮短了傳動鏈長度，簡化了結構設計；無級變速系統(tǒng)容易實現(xiàn)自動化操作。電動機的最高轉速產(chǎn)生主軸的最高轉速。 主軸2-20數(shù)控機床主傳動設計有哪些特點？電動機的額定轉速產(chǎn)生主軸的計算轉速;電動機的最高轉速產(chǎn)生主軸的最高轉速。 主軸的恒轉矩變速范圍Rt則決定了電動機恒轉矩變速范圍 Rm的大小，RTm=RT,電動機恒轉矩變速范圍Rm經(jīng)分級傳動系統(tǒng)的最小傳動比，產(chǎn)生主軸的恒轉矩變速范圍。2-21機床進給傳動鏈與主傳動鏈相比，有哪些不同？主軸旋轉運動的機床，主運動鏈大部分為恒功率變速，轉速圖前多后少、前密后疏、前前疏后密、前急緩后急；而機床的進給運動傳動鏈全部是恒轉矩變速，轉速圖須前少后多、后緩，以獲得相對較大的驅動功率。前疏后密、前急2-22三聯(lián)滑移齒輪的最大與次大齒輪的齒數(shù)差小于 4時，為順利滑移嚙合變速，應采用什么措施？當最大、次大滑移齒輪齒數(shù)差小于4時，可采用亞寬式排列，讓滑移的小齒輪越過固定的小齒輪，改變嚙合變速條件，使最大和最小齒輪齒數(shù)差不小于 4;直接采用寬式排列，不存在齒輪齒頂干涉問題；也可采用變位齒輪使兩齒頂圓直徑之差不小于 4個模數(shù)；或采用牙

嵌離合器變速，使齒輪不動。2-23有公用齒輪的交錯排列有什么優(yōu)點？交錯排列能減少兩齒輪變速組的軸向長度， 采用公用齒輪使兩齒輪變速組的軸向長度更2-24提高傳動鏈的傳動精度應采用什么措施？制造誤差、裝配誤差、軸承的徑向圓跳動及傳動軸的橫向彎曲等， 都能使齒輪等傳動件形成幾何偏心和運動偏心，產(chǎn)生轉角誤差。要提高傳動精度，需從以下幾方面采取措施。1）盡量縮短傳動鏈。傳動副越少，誤差源越少。2）使盡量多的傳動路線采用先緩后急的降速傳動，且末端傳動組件（包括軸承）要有較高的制造精度、支承剛度，必要時采用校正機構， 這樣可縮小前面?zhèn)鲃蛹膫鲃诱`差， 且末端組件不產(chǎn)生或少產(chǎn)生傳動誤差。3）升速傳動、尤其是傳動比大的升速傳動，傳動件的制造精度應高一些，傳動軸組件應有較高的支承剛度。減小誤差源的誤差值，避免誤差在傳動中擴大。4）傳動鏈應有較高的剛度，減少受載后的彎曲變形。主軸及較大傳動件應作動平衡，或采用阻尼減振結構，提高抗振能力。2-25結構式是轉速圖的數(shù)學表達式，它是否具有乘法的交換率和分配率？為什么？結構式是轉速圖的數(shù)學表達式， 但不具有乘法的交換率和分配率。 因為各組數(shù)字表示各變速組在傳動鏈的位置， 第一變速組、第二變速組、第三變速組等，大數(shù)字表示該變速組的傳動副數(shù)，下角數(shù)字表示該變速組的級比指數(shù)。2-26直線運動的主傳動鏈和進給傳動鏈其載荷特性是否相同？其計算轉速怎樣確定？直線運動的主傳動鏈和進給傳動鏈其載荷特性相同， 皆為恒轉矩載荷。計算轉速（速度）是直線運動的主傳動鏈和進給傳動鏈的最高轉速（速度） 。2-27誤差傳遞的規(guī)律是什么？如何提高傳動鏈的傳動精度？傳動件的轉角誤差與哪些因素有關？誤差傳遞的規(guī)律是：在傳動鏈中，前一級傳動件的轉角誤差， 經(jīng)縮小放大后，和從動齒輪的轉角誤差一起，傳給后一級傳動副，再按后一級傳動副傳動比的大小進行擴大或縮小。即在傳動鏈中，傳動件在傳遞運動和轉矩的同時， 也將傳動件的轉角誤差按傳動比的大小進行放大或縮小，依次向后傳遞，最終反映到執(zhí)行件上。如該傳動件至執(zhí)行件的總傳動比小于1,則該傳動件的轉角誤差在傳動中被縮小；反之，將被擴大。傳動件的轉角誤差：齒坯的幾何中心 。與機床工作臺旋轉軸心Oi的同軸度誤差，偏量為e,幾何偏心；同樣齒輪的幾何中心O與傳動軸軸心。2也存在同軸度誤差，偏移量為e2。2-28某機床主運動鏈的結構式為16=22M24M25M28,公比平=1.26,主軸的最高轉速為nmax=2000r/min。試確定機床主軸的各級轉速。主軸的轉速數(shù)列為_1中2cp15中17cpcp15中17n(p19J *1614 119nmax=n16=2000r/min=n1二n1n3=n16/J16,2=2000/31.5rmin=63r/min

n12=500r/min n9=250r/minn6=125r/min19 15.■,4 2000ni=n16/ =n16/（、-、-） r/min=25r/min31.52n14=n1cp13H2=25x31.5rmin=800r/minn5=100r/minn8=2007minn11=400r/minn14=800/minn7=160r/minn10=315r/minX2105,公比中n7=160r/minn10=315r/minX2105,公比中=1.26,主軸的最低.ni3=630r/min 「5=10n6=1250/min2-29某機床主運動鏈的結構式為 24=31X23X26轉速為nmin=10r/min。試確定機床主軸的各級轉速。n11M2,1:：31NN"：1口1M2,1:：31NN"：1口10.5 一n1；：10；：10.5二11j：11.5:：12.5n11n12n13n14n15n24:：n24叫~n11公比5=1.26nmin=n1=10r/min n4=20r/minn7=40r/minn10=80r/minn2=10r/min=12.5r/min n3=102r/min=16r/minn5=25r/minn6=31.5r/minn8=50r/minn9=63r/minn11=100r/min「4~n24公比中=1.26最后變速組級比指數(shù)理論值為 12；選取10.5肯定是受到需求的最高轉速的限制；同理，nmin=10r/min也是根據(jù)實際需要確定的；若要保留傳動鏈能得到的主軸級數(shù)，高低速段交叉；級比指數(shù)為0.5的奇數(shù)倍，能使主軸中段（高低速交叉段）形成公比5=1.12轉速段，符合工藝需求。因而高速段應首先最高轉速確定，n24-10:244J.5-1015:60.51400r/min=31541.12r/min=1400r/minn21=710r/min n18=355r/min n15=180r/minn23=1120r/min 及2=90。/minn20=560r/minn19=450/min ni7=280/min n16=224/minnn~rh4公比1=1.12n.=1000.5r/min=112r/minni13=2n9r/min=125r/min=ni20.5 ni4=n17/r/min=140r/min=n13o5《機械制造裝備設計》第4版第三章習題參考答案3-1為什么對機床主軸要提出旋轉精度、剛度、抗振性、溫升及耐磨性要求？主軸組件的功用是縮小主運動的傳動誤差并將運動傳遞給工件或刀具進行切削， 形成表面成形運動；承受切削力和傳動力等載荷。主軸組件直接參與切削，其性能影響加工精度和生產(chǎn)率。末端傳動組件（包括軸承）要有較高的制造精度、支承剛度，必要時采用校正機構，這樣可縮小前面?zhèn)鲃蛹膫鲃诱`差，且末端組件不產(chǎn)生或少產(chǎn)生傳動誤差。旋轉精度是主軸組件裝配后，靜止或低速空載狀態(tài)下，刀具或工件安裝基面上的全跳動值。它取決于主軸、主軸的支承軸承、箱體孔等的制造精度，裝配和調整精度。動態(tài)剛度包括抗振性、熱變形、 噪聲。耐磨性是精度保持性的體現(xiàn)。故機床主軸要提出旋轉精度、剛度、抗振性、溫升及耐磨性要求。3-2主軸部件采用的滾動軸承有那些類型，其特點和選用原則是什么？雙列圓柱滾子軸承、雙向推力角接觸球軸承、角接觸球軸承、雙列圓錐滾子軸承。雙列圓柱滾子軸承，滾子直徑小，數(shù)量多（50~60個），具有較高的剛度；兩列滾子交錯布置，減少了剛度的變化量；外圈無擋邊，加工方便；主軸內孔為錐孔，錐度 1:12,軸向移動內圈使之徑向變形，調整徑向間隙和預緊；黃銅實體保持架，利于軸承散熱。NN3000K超輕系列軸承。軸承型號為234400,接觸角60°,滾動體直徑小，極限轉速高； 外圈和箱體孔為間隙配合，安裝方便，且不承受徑向載荷；與雙列圓柱滾子軸承配套使用。角接觸球軸承常用的型號有 7000c系列和7000AC系列，前者接觸角為15°,后者為25°。7000C系列多用于極限轉速高，軸向負載小的機床，如內圓磨床主軸等； 7000AC系列多用于極限轉速高于雙列滾子軸承，軸向載荷較大的機床，如車床主軸和加工中心主軸。為提高支承剛度，可采用兩個角接觸球軸承組合安裝。圓錐滾子軸承，與圓錐齒輪相似，內圈滾道錐面、外圈滾道錐面及圓錐滾子軸線形成的錐面相交于一點，以保證圓錐滾子的純滾動。圓錐滾子軸線形成的錐面與軸承軸線的夾角 （即半錐角），等于接觸角。由于圓錐滾子軸承是線接觸，所以承載能力和剛度較高。圓錐滾子旋轉時，離心力的軸向分力使?jié)L子大端與內圈擋邊之間滑動摩擦，摩擦面積大，發(fā)熱量大，因而極限轉速較低。軸承代號為 300000雙列圓錐滾子軸承有一個公用外圈，兩個內圈，且內圈小端無擋邊，可取出內圈，修磨中間隔套，調整預緊量。雙列圓錐滾子軸承是背靠背的角接觸軸承， 支點距離大，線接觸，滾子數(shù)量多，剛度和承載能力大?？沙惺芗儚较蛄?，也可承受以徑向力為主的徑向與雙向軸向載荷。適用于中低速、中等以上載荷的機床主軸前支承。常用的型號為 3500000機床主軸較粗，主軸軸承的直徑較大，軸承所承受的載荷遠小于其額定動載荷，約為1/10。因此，一般情況下，承載能力和疲勞壽命不是選擇主軸軸承的主要依據(jù)；主軸軸承，應根據(jù)剛度、旋轉精度和極限轉速來選擇。軸承的剛度與軸承的類型有關， 線接觸的滾子軸承比點接觸的球軸承剛度高，雙列軸承比單列的剛度高，且剛度是載荷的函數(shù)，適當預緊不僅能提高旋轉精度，也能提高剛度。軸承的極限轉速與軸承滾動體的形狀有關， 同等尺寸的軸承，球軸承的極限轉速高于滾子軸承， 圓柱滾子軸承的極限轉速高于圓錐滾子軸承； 同一類型的軸承，滾動體的分布圓越小， 滾動體越小，極限轉速越高。軸承的軸向承載能力和剛度，由強到弱依次為：推力球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸球軸承；承受軸向載荷軸承的極限轉速由高到低為： 角接觸球軸承、推力角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、推力球軸承。3-3試分析主軸的結本藥參數(shù):跨度1、懸伸量a、外徑D及內孔d對主軸部件彎曲剛度的影響？由材料力學可知：當端部受F力時，在剛性支承上彈性主軸端部變形 61為._Fa2,1_3EI主軸的兩支承之間的外徑、內徑可按當量直徑De、de._Fa2,1_3EI主軸的兩支承之間的外徑、內徑可按當量直徑De、de計算，當量直徑可按下式計算式中De「li,1nDe=4 、D4iliJi4de=41n「d：ilili1dei、li階梯軸各段外徑、內徑及其長度(mm)。主軸的當量慣性矩為4 4I=4 4I=-De-de6400.49D4一d：3-4主軸前后軸承的徑向跳動量分別為3-4主軸前后軸承的徑向跳動量分別為'、6b，試計算6a、6b在主軸前端C處引起的徑向跳動。TOC\o"1-5"\h\z剛性主軸彈性支承引起的主軸端部變形 62為'-2-"21 '022\o"CurrentDocument"2 2同r+ay=af1-a、+f「a、=&a1+一！+品一=-1+一!+ !<l lKaIlj Kb<l/3-5提高主軸剛度的措施有哪些？提高剛度除提高主軸自身剛度外，可采用以下措施：.①角接觸軸承為前支承時，接觸線與主軸軸線的交點應位于軸承前面； ②傳動件應位于后支承外側，且傳動力使主軸端部變形的方向，不能和切削力造成的主軸端部的變形方向相同，兩者的夾角應大一些，最佳為180°,以部分補償切削力造成的變形；主軸為皮帶傳動時，應采用卸荷式機構，避免主軸承受皮帶拉力；齒輪也可采用卸荷式機構； ③適當增加一個支承內的軸承數(shù)目，適度預緊，采用輔助支承提高支承剛度。提高動剛度除提高主軸組件的靜剛度，使固有頻率增高，避免共振外，可采用如下措施：①用圓錐液壓漲套取代螺紋等軸向定位件； 徑向定位采用小錐度過盈配合或漸開線花鍵；滑移齒輪采用漸開線花鍵配合；②采用三支承主軸；③旋轉零件的非配合面全部進行較精密的切削加工，并做動平衡；④設置消振裝置， 增加阻尼?？稍谳^大的齒輪上切削出一個圓環(huán)槽，槽內灌注鉛，主軸轉動時，鉛就會產(chǎn)生相對微量運動，消耗振動能量，從而抑制振動；如果是水平主軸，可采用動壓滑動軸承，提高軸承阻尼；圓錐滾子軸承的滾子大端有滑動摩擦，阻尼比其它滾動軸承高，因而在極限轉速許可的情況下， 優(yōu)先采用圓錐滾子軸承；增加滾動軸承的預緊力，也可增加軸承的阻尼；⑤采用動力油潤滑軸承，控制溫升，減少熱變形。3-6主軸的軸向定位有幾種，各有什么特點？CA6140車床為什么采用后端定位，而數(shù)控機床為什么都采用前端定位？推力軸承在主軸上的位置，影響主軸的軸向精度和主軸熱變形的方向和大小。 為使主軸具有足夠的軸向剛度和軸向定位精度，必須恰當配置推力軸承的位置。軸向推力軸承配置：⑴前端定位：推力軸承安裝在前軸承內側，前支承結構復雜，受力大，溫升高，主軸受熱膨脹向后伸長，對主軸前端位置影響較?。贿m用于軸向精度和剛度要求高的高精度機床和數(shù)控機床。⑵后端定位：前支承結構簡單，無軸向力影響，溫升低；但主軸受熱膨脹向前伸長，主軸前端軸向誤差大。使用于軸向精度要求不高的普通機床，如：臥式車床 CA6140,立銃等。⑶兩端定位：推力軸承安裝在前后兩支承內側，前支承發(fā)熱較小 ，兩推力軸承之間的主軸受熱膨脹時會產(chǎn)生彎曲，即影響軸承的間隙，又使軸承處產(chǎn)生角位移，影響機床精度。用于較短的主軸或軸向間隙變化不影響正常工作的機床，如鉆床、組合機床。3-7怎樣根據(jù)機床切削力的特性選擇主軸滾動軸承的精度。切削力方向固定不變的主軸， 按內圈滾道表面相對于軸承外徑軸線的同軸度選擇； 切削力方向隨主軸的旋轉同步變化的主軸，按外圈滾道表面相對于軸承外徑軸線的同軸度選擇。3-8選擇主軸材料的依據(jù)是什么？主軸的載荷相對較小，一般情況下， 引起的應力遠小于鋼的屈服極限。 因此，機械強度不是選擇主軸材料的依據(jù)。當主軸的直徑、支承跨距、懸伸量等尺寸參數(shù)一定時，主軸的慣性矩為定值；主軸的剛度取決于材料的彈性模量。但各種鋼材的彈性模量 E=2.06m105MPa,差別很小。因此剛度也不是主軸選材的依據(jù)。主軸的材料，只能根據(jù)耐磨性、熱處理方法及熱處理后的變形大小來選擇。 耐磨性取決于硬度，故機床主軸材料為淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。普通機床主軸，一般采用45或60號優(yōu)質結構鋼，主軸支承軸頸及裝卡刀具的定位基面，高頻淬火，硬度為50~55HRC;精密機床主軸，可采用40Cr高頻淬硬或低碳合金鋼(如20Cr,16MnCr5)滲碳淬火，硬度不低于60HRC。高精度機床主軸，可采用65Mn,淬硬52?58HRC;高精度磨床砂輪主軸，鏈床、加工中心主軸，采用滲氮鋼(如 38CrMoAlA),表面硬度為1100~1200HV。必要時，進行冷處理。3-9主軸的技術要求主要有哪幾項？若達不到這些要求，會有什么影響？主軸的技術要求主要有：直徑4公差、圓度t和圓柱度t1、傾斜度t2、跳動t3、同軸度t4、表面粗糙度Ra。定位基面的精度按機床精度標準選擇。普通機床主軸，安裝齒輪等傳動件的部位與兩支承軸頸軸心線的同軸度允差可取尺寸公差的一半，轉速大于 600r/min的主軸，非配合表面的表面粗糙度值 RaWi.6Nm；線速度v>3m/s的主軸，主軸組件應做一級動平衡。若達不到這些要求咋不能保證主軸的旋轉精度。3-10為什么多數(shù)數(shù)控車床采用傾斜床身？數(shù)控車床的床身導軌傾斜于主軸后上方， 使切屑在自重作用下落入下面小車中或切屑輸送機上，切屑不與床身和導軌副接觸， 避免了切屑攜帶的切削熱傳給床身導軌， 減少了熱變形。切屑不與床身導軌，床身可做成封閉的截面。提高其靜剛度。封閉的床身導軌空腔內可保留型芯或沖入水泥，提高其動剛度。3-11怎樣提高支承件的動態(tài)剛度？1、提高靜剛度和固有頻率在不增加支承件質量的前提下，合理的選擇支承件的截面形狀，合理的布置隔板和加強筋，是提高靜剛度和固有頻率的簡單而有效的方法。2、增加阻尼對于鑄鐵支承件，可保留型芯、 采用封砂結構，或在空腔內充碎或高阻尼材料；采用阻尼焊接結構，并在空腔內充碎或高阻尼材料； 采用高阻尼材料作支承件； 支承件外表面可刷涂高阻尼材料。3-12隔板和加強筋有什么作用，使用原則有哪些？縱向隔板能提高抗彎剛度；縱向隔板的高度方向應垂直于彎曲面的中性層。 橫向隔板能提高抗扭剛度；橫向隔板的間距 l=(0865~131)H。斜向隔板即能提高抗彎剛度，又能提高抗扭剛度；較長的支承件常采用這種隔板。3-13試述鑄鐵支承件、焊接支承件的優(yōu)缺點，并說明其應用范圍。一般支承件用灰口鑄鐵制成，在鑄鐵中加入少量合金元素如銘、 硅、稀土元素等可提高耐磨性。鑄鐵鑄造性能好，容易得到復雜的形狀，且阻尼大，有良好的抗振性能，阻尼比:=(0.5~3)父107。鑄件因壁厚不勻導致在冷卻過程中產(chǎn)生鑄造應力， 所以鑄造后必須進行時效處理，并盡量采用自然時效。 自然時效是將鑄件放在露天， 任其日曬雨淋，少則一年多則三至五年；精密機床支承件，除粗加工前進行自然時效外， 粗加工后應進行人工時效處理，充分消除鑄造應力。人工時效是將工件放在200c以下的退火爐中，以60?80C/h的加熱速度緩慢加溫到530?550C,鑄件壁厚20mm時保溫4小時，壁厚每增加25mm保溫時間增加2小時，然后以30C/h的冷卻速度爐冷至200c以下出爐。梁類支承件如床身、立柱、橫梁等，也可利用共振原理進行振動時效，消除內應力。振動時效時，支承件放在彈性支承（如廢輪胎）上，激振器