機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)第四版李慶余、孟廣耀習(xí)題答案解答

《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》第4版習(xí)題參考答案

第一章習(xí)題參考答案

i-i機(jī)床應(yīng)滿足哪些基本要求？什么是人機(jī)關(guān)系？

機(jī)床應(yīng)具有的性能指標(biāo)：1、工藝范圍；2、加工精,空；3、生產(chǎn)率和自動(dòng)化；4、可靠

性；

人機(jī)關(guān)系：使機(jī)床符合人的生理和心理特征，實(shí)現(xiàn)人機(jī)環(huán)境高度協(xié)調(diào)統(tǒng)一，為操作

者創(chuàng)造一個(gè)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(jī)床的信號(hào)指示系統(tǒng)的顯示方式、顯示器位置等都能使人易于無(wú)誤地接受；機(jī)床的

操縱應(yīng)靈活方便，符合人的動(dòng)作習(xí)慣，使操作者從接收信號(hào)到產(chǎn)生動(dòng)作不用經(jīng)過(guò)思考，

提高正確操作的速度，不易產(chǎn)生誤操作或故障。

機(jī)床造型應(yīng)美觀大方，色彩協(xié)調(diào)，提高作業(yè)舒適度。另外，應(yīng)降低噪聲，減少噪聲

污染。

1-2機(jī)床設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟是什么？

機(jī)床設(shè)計(jì)大致包括總體設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)，零件設(shè)計(jì),樣機(jī)試制和試驗(yàn)鑒定四個(gè)階段。

1-3機(jī)床的總體方案擬定包括什么內(nèi)容？機(jī)床總布局的內(nèi)容和步驟是什么？

總體設(shè)計(jì)：1、掌握機(jī)床的設(shè)計(jì)依據(jù)；2、工藝分析；3、總體布局；4、確定主要的

技術(shù)參數(shù)

機(jī)床總體布局：1、分配機(jī)床運(yùn)動(dòng)；2、選擇傳動(dòng)形式和支承形式；3、安排操縱部位；

4、擬定提高動(dòng)剛度的措施。

1-4機(jī)床分配運(yùn)動(dòng)的原則是什么？驅(qū)動(dòng)型式如何選擇？

機(jī)床運(yùn)動(dòng)的分配應(yīng)掌握四個(gè)原則：1、將運(yùn)動(dòng)分配給質(zhì)量小的零部件；2、運(yùn)動(dòng)分配

應(yīng)有利于提高工件的加工精度；3、運(yùn)動(dòng)分配應(yīng)有利于提高運(yùn)動(dòng)部件的剛度；4、運(yùn)動(dòng)分

配應(yīng)視工件形狀而定。

機(jī)床的主傳動(dòng)按驅(qū)匈電動(dòng)機(jī)類型分為交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。交流電動(dòng)

機(jī)驅(qū)動(dòng)又分為單速電動(dòng)機(jī)、雙速電動(dòng)機(jī)及變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。機(jī)床傳動(dòng)的形式有機(jī)械

傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)等。機(jī)械傳動(dòng)靠滑移齒輪變速，變速級(jí)數(shù)一般少于30級(jí)，它傳遞功率

大,變速范圍較廣.傳動(dòng)比準(zhǔn)確.T.作可靠.廣泛用于通用機(jī)床中,尤其是中小型機(jī)床

中。缺點(diǎn)是有相對(duì)轉(zhuǎn)速損失，工作中不能變速。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的迅速發(fā)展，變頻調(diào)

速一多楔帶一齒輪傳動(dòng)組合的傳動(dòng)已成為機(jī)床主傳動(dòng)的主導(dǎo)形式。液壓無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)平

穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)換向沖擊小，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，適用于刨床、拉床、大型矩臺(tái)平面磨床等機(jī)

床的主運(yùn)動(dòng)中。機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)多采用機(jī)械傳動(dòng)（齒輪副、絲杠螺母副、齒輪齒條

等）或液壓無(wú)級(jí)傳動(dòng)。數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用伺服電動(dòng)機(jī)一齒輪傳動(dòng)一滾珠絲杠副傳動(dòng)。

設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)具體情況，以滿足使用要求為原則，合理選定。

1-5機(jī)床的尺寸參數(shù)包括的哪些參數(shù)？如何確定？

機(jī)床的尺寸參數(shù)是指影響機(jī)床加工性能的些尺寸。主參數(shù)代表機(jī)床的規(guī)格的大小,

是最重要的尺寸參數(shù)。另外，機(jī)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(jī)床的振動(dòng)，減小齒輪的噪聲值？

對(duì)來(lái)自機(jī)床外部的振源，最可靠最有效的方法就是隔離振源。應(yīng)盡量使主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)

機(jī)與主機(jī)分離，并且采用帶傳動(dòng)（如：平帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)等）驅(qū)動(dòng)機(jī)床

的主運(yùn)動(dòng)，避免了電機(jī)振動(dòng)的傳遞。對(duì)無(wú)法隔離的振源（如：立式機(jī)床的電動(dòng)機(jī)）或傳

動(dòng)鏈內(nèi)部形成的振源，則應(yīng)：①選擇合理的傳動(dòng)形式（如：采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速電機(jī)或雙

速電機(jī)），盡量減短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)件個(gè)數(shù)，即減少振動(dòng)源的數(shù)量；②提高傳動(dòng)鏈各傳

動(dòng)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(dòng)件應(yīng)作動(dòng)平衡或設(shè)置

阻尼機(jī)構(gòu)；④箱體外表面涂刷高阻尼涂層，如機(jī)床膩?zhàn)拥?，增加阻尼比；⑤提高各部?/p>

結(jié)合面的表面精度，增強(qiáng)結(jié)合面的局部剛度。

自激振動(dòng)，與機(jī)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(guān)。除增大工作部件的阻尼比外，還可調(diào)整切削用量來(lái)避免自激振動(dòng)，

使切削穩(wěn)定。

減少熱變形最簡(jiǎn)單最有效的方法是隔離熱源。除將電動(dòng)機(jī)盡量與主機(jī)分離外，液壓

泵、液壓閥、油箱等應(yīng)與主機(jī)隔離，減少傳給機(jī)床的熱量，從而減小機(jī)床熱變形。加強(qiáng)

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(yīng)采用以下措施：①產(chǎn)生熱量較大的熱源，進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。如切

削液冷卻加工部位，壓力潤(rùn)滑油循環(huán)冷卻主軸軸承等。精密機(jī)床可在恒溫下加工；②熱

源相對(duì)結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)稱，機(jī)床溫

度升高后，機(jī)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(dǎo)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(jī).匕切屑不與床身和導(dǎo)軌副

接觸，避免了切屑攜帶的切削熱傳給床身導(dǎo)軌，減少了熱變形。

減少齒輪噪聲的措施：①縮短傳動(dòng)鏈，減少傳動(dòng)件的個(gè)數(shù)；②采用小模數(shù)、硬齒面

齒輪，降低傳動(dòng)件的線速度。實(shí)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(jī)床齒輪的重合度應(yīng)不小于1.3；⑤提高傳動(dòng)件的阻尼比，增加支承組件的剛度。

1-7機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)參數(shù)如何確定？等比傳動(dòng)有何優(yōu)點(diǎn)？通用機(jī)床公比選用原則是什么？

不同的機(jī)床，對(duì)主運(yùn)動(dòng)參數(shù)的要求不同。專用機(jī)床和組合機(jī)床是為特定工件的某一

特定工序而設(shè)計(jì)的，每根主軸只有一種轉(zhuǎn)速，根據(jù)最佳切削速度而定。通用機(jī)床是為適

應(yīng)多種工件加工而設(shè)計(jì)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(zhuǎn)速、最低轉(zhuǎn)速。主運(yùn)動(dòng)可采用無(wú)級(jí)變速，也可采用分級(jí)變速。

如果采用分級(jí)變速，則還應(yīng)確定轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)。

1-8標(biāo)準(zhǔn)公比有哪些，是根據(jù)什么確定的？數(shù)控機(jī)床分級(jí)傳動(dòng)的公比是否為標(biāo)準(zhǔn)值？

~（PL06M2_~L26~~L41""L58（?782~

公比0越小，最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率Amax就??；但變速范圍也隨之變小，要達(dá)到一定

的變速范圍，就必須增加變速組數(shù)目、增加傳動(dòng)副個(gè)數(shù)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對(duì)于中型機(jī)床，

公比e一般選取1.26或1.41；對(duì)于大型重型機(jī)床，加工時(shí)間長(zhǎng)，公比。應(yīng)小一些，一般

選取1.26、1.12或1.06；非自動(dòng)化小型機(jī)床，加工時(shí)間小于輔助時(shí)間，轉(zhuǎn)速損失對(duì)機(jī)床

勞動(dòng)效率影響不大，為使機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，公比行可選大些，可選擇1.58、1.78,甚至

2。專用機(jī)床原則上不變運(yùn)，但為適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步，可作適當(dāng)性能儲(chǔ)備，公比0可選擇1.12、

1.26。

數(shù)控機(jī)床分級(jí)傳動(dòng)的公比不是為標(biāo)準(zhǔn)值。

1-9機(jī)床的動(dòng)力參數(shù)如何選擇？數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的動(dòng)力參數(shù)確定方法有什么不同？

1、機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的功率P主為生=尸切+%+為

普通機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的功率根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)速，典型工藝參數(shù)確定。普通機(jī)床主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，

恒速轉(zhuǎn)動(dòng)，無(wú)恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速段。數(shù)控機(jī)床主軸電動(dòng)機(jī)既有恒功率轉(zhuǎn)速，又有恒轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速范

圍；主運(yùn)動(dòng)功率根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)速、恒功率變速范圍、典型工藝參數(shù)確定。

進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定：

2、普通機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定：⑴進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)合用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，

可不單獨(dú)計(jì)算進(jìn)給功率，而是在確定主電動(dòng)機(jī)功率時(shí)引入一個(gè)系數(shù)機(jī)床主電動(dòng)機(jī)功

率為

口普+%

〃機(jī)長(zhǎng)

⑵進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中工作進(jìn)給與快速移動(dòng)合用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，快速電動(dòng)機(jī)滿載起動(dòng)，且加

速度大，所消耗的功率遠(yuǎn)大于工作進(jìn)給功率，且工作進(jìn)給與快速移動(dòng)不同時(shí)進(jìn)行。所以

該電動(dòng)機(jī)功率按快速移動(dòng)功率選取。數(shù)控機(jī)床屬于這類情況。

⑶進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單獨(dú)使用一臺(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率P,按下式計(jì)算

P.Q一

J60000%

3.快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定

⑴交流異步快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率的確定快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間短、移動(dòng)部件加

速度大。在較短時(shí)間內(nèi)（0.5~ls）,使質(zhì)量較大的移動(dòng)部件達(dá)到所需的移動(dòng)速度，電動(dòng)

機(jī)一方面要克服移動(dòng)部件和傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性力，使其迅動(dòng)并迅速加速；另一方面電動(dòng)機(jī)

需克服移動(dòng)部件因移動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦力。起動(dòng)過(guò)程中消耗的功率P由克服慣性力所需功

率＜和克服摩擦力所需的功率鳥組成。移動(dòng)部件在起動(dòng)過(guò)程中，是勻加速運(yùn)動(dòng)，平均速

度是%八/2,但由于起動(dòng)時(shí)間短，計(jì)算電動(dòng)機(jī)起動(dòng)功率時(shí)可按最大移動(dòng)速度計(jì)算。當(dāng)移

動(dòng)部件達(dá)到所需的移動(dòng)速度后，移動(dòng)部件變?yōu)楹闼龠\(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)僅需克服移動(dòng)部件的摩

擦力就能維持其運(yùn)動(dòng)，即快速移動(dòng)時(shí)所消耗的功率為P?.因此，快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率

應(yīng)按起動(dòng)時(shí)所需功率選取，即由于電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于額定轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)機(jī)的功率是按

連續(xù)工作狀態(tài)確定的，起動(dòng)功率折算成連續(xù)（額定）功率為

片+舄_MnP

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⑵伺服電動(dòng)機(jī)選擇：1）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由永磁材料制成,

是同步型電動(dòng)機(jī)，即只要電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相等,

旦進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度不受切削負(fù)載變化的影響；數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)屬恒轉(zhuǎn)矩特性，為使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

平穩(wěn)二鋤艮電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩Me應(yīng)不小于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩

FP

M>M.=(m/h+Ml?+Mi)/

e~L2000叼f

2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和加速特性伺服電動(dòng)機(jī)可用式1-16計(jì)算所需起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，交流伺服電動(dòng)

機(jī)乙為伺服系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)的一半。由工作臺(tái)的移動(dòng)速度八HP〃=3O（M〃〃不，得工作

臺(tái)的加速時(shí)間乙和加速度。

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第二章習(xí)題參考答案

2-1何謂轉(zhuǎn)速圖中的一點(diǎn)三線？機(jī)床的轉(zhuǎn)速圖表示什么？

轉(zhuǎn)速圖包括一點(diǎn)三線：轉(zhuǎn)速點(diǎn)，主軸轉(zhuǎn)速線，傳動(dòng)軸線，傳動(dòng)線。

⑴轉(zhuǎn)速點(diǎn)主軸和各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速值，用小圓圈或黑點(diǎn)表示，轉(zhuǎn)速圖中的轉(zhuǎn)速值是

對(duì)數(shù)值。

⑵主軸轉(zhuǎn)速線由于主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列是等比數(shù)列，所以主軸轉(zhuǎn)速線是間距相等的水

平線，相鄰轉(zhuǎn)速線間距為1g9。

⑶傳動(dòng)軸線距離相等的鉛垂線。從左到右按傳動(dòng)的先后順序排列，軸號(hào)寫在上面。

鉛垂線之間距離相等是為了圖示消楚，不表示傳動(dòng)軸間距離。

⑷傳動(dòng)線兩轉(zhuǎn)速點(diǎn)之間的連線。傳動(dòng)線的傾斜方式代表傳動(dòng)比的大小，傳動(dòng)比大

于1,其對(duì)數(shù)值為正，傳動(dòng)線向上傾斜；傳動(dòng)比小于1,其對(duì)數(shù)值為負(fù)，傳動(dòng)線向下傾

斜。傾斜程度表示了升降速度的大小。一個(gè)主動(dòng)轉(zhuǎn)速點(diǎn)引出的傳動(dòng)線的數(shù)目，代表該變

速組的傳動(dòng)副數(shù)；平行的傳動(dòng)線是一條傳動(dòng)線，只是主動(dòng)轉(zhuǎn)速點(diǎn)不同。

轉(zhuǎn)速圖是表示主軸各轉(zhuǎn)速的傳遞路線和轉(zhuǎn)速值，各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列及轉(zhuǎn)速大小，

各傳動(dòng)副的傳動(dòng)比的線圖。

2-2結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)網(wǎng)表示機(jī)床的什么內(nèi)容？

只表示傳動(dòng)比的相對(duì)關(guān)系，主軸轉(zhuǎn)速的傳遞路線，而不表示傳動(dòng)軸（主軸除外）轉(zhuǎn)

速值大小的線圖稱為結(jié)構(gòu)網(wǎng)。

結(jié)構(gòu)式是結(jié)構(gòu)網(wǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式或等比數(shù)列變速系統(tǒng)原理數(shù)學(xué)表達(dá)式。

2-3等比傳動(dòng)系統(tǒng)中，總變速范圍與各變速組的變速范圍有什么關(guān)系？與主軸的轉(zhuǎn)

速級(jí)數(shù)有什么關(guān)系？

總變速范圍為

2-4等比傳動(dòng)系統(tǒng)中，各變速組的級(jí)比指數(shù)有何規(guī)律？

第/擴(kuò)大組的級(jí)比指數(shù)為

xj=吊尸盧…匕-1）

2-5擬定轉(zhuǎn)速圖的原則有哪些？

1.極限傳動(dòng)比、極限變速范圍原則

一般限制最小傳動(dòng)比為為減少振動(dòng)，提高傳動(dòng)精度，直齒輪的最大傳動(dòng)比

/_<2,斜齒圓柱齒輪』X52.5；直齒輪變速組的極限變速范圍是

r=2x4=8

斜齒圓柱齒輪變速組的極限變速范圍為

r=2.5x4=10

2.確定傳動(dòng)順序及傳動(dòng)副數(shù)的原則

從傳動(dòng)順序來(lái)講，應(yīng)盡量使前面的傳動(dòng)件多一些。即：前多后少的原則?？傊畱?yīng)采

用三聯(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(xué)表達(dá)式為

3>Pa>Pb>P>...

3.確定擴(kuò)大順序

擴(kuò)大順序應(yīng)采用前密后疏。數(shù)學(xué)表達(dá)式為

4.確定最小傳動(dòng)比的原則

最小傳動(dòng)比應(yīng)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(dòng)比常

取1/4。數(shù)學(xué)表達(dá)式為

>1

'amin-—%nin—'T

4

2-6機(jī)床轉(zhuǎn)速圖中，為什么要有傳動(dòng)比限制，各變速組的變速范圍是否一定在限定

的范圍內(nèi)，為什么？

極限傳動(dòng)比、極限變速范圍原則

在設(shè)計(jì)機(jī)床傳動(dòng)時(shí)，為防止傳動(dòng)比過(guò)小造成從動(dòng)齒輪太大，增加變速箱的尺寸，一

般限制最小傳動(dòng)比為521/4；為減少振動(dòng)，提高傳動(dòng)精度,直齒輪的最大傳動(dòng)比［心W2,

斜齒圓柱齒輪<302.5；直齒輪變速組的極限變速范圍是

—2x4=8

斜齒圓柱齒輪變速組的極限變速范圍為

廠=2.5x4=10

最后變速組變速范圍可為單回曲機(jī)構(gòu)（背輪機(jī)構(gòu)），最大變速范圍為16。

2-7機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)為什么要前多后少，前密后疏，前緩后急？

機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)為降速傳動(dòng)(大部分甚至全部轉(zhuǎn)速低于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速)。傳動(dòng)件

越靠近電動(dòng)機(jī)其轉(zhuǎn)速就越高，在電動(dòng)機(jī)功率一定的情況下，所需傳遞的轉(zhuǎn)矩就越小，傳

動(dòng)件和傳動(dòng)軸的幾何尺E就越小。因此，從傳動(dòng)順序來(lái)講，應(yīng)盡量使前面的傳動(dòng)件多一

些。即：前多后少的原則。

變速組)的變速范圍是5=03%”,在公比一定的情況下，級(jí)比指數(shù)和傳動(dòng)副數(shù)

是影響變速范圍的關(guān)鍵因素。只有控制勺([-1)的大小，才能使變速組的變速范圍不

超過(guò)允許值。傳動(dòng)副數(shù)多時(shí)，級(jí)比指數(shù)應(yīng)小一些?？紤]到傳動(dòng)順序中有前多后少的原則，

擴(kuò)大順序應(yīng)采用前密后疏。

使更多的傳動(dòng)件在相對(duì)高速下工作，減少變速箱的結(jié)構(gòu)尺寸，除在傳動(dòng)順序上前多

后少、擴(kuò)大順序上前密后疏外，最小傳動(dòng)比應(yīng)采取前緩后急的原則，也稱為遞降原則。

傳動(dòng)件在傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也將其自身的轉(zhuǎn)角誤差按傳動(dòng)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(dòng)比小于1,就會(huì)將前面各傳

動(dòng)件傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)角誤差縮小，傳動(dòng)比越小，傳遞來(lái)的誤差縮小倍數(shù)就越大，從而提高傳

動(dòng)鏈的精度。因此采用先緩后急的最小傳動(dòng)比原則，有利于提高傳動(dòng)鏈末端執(zhí)行件的旋

轉(zhuǎn)精度。

2-8公比0=1.26,結(jié)構(gòu)式為24=3^x23x2,,計(jì)算各變速組的級(jí)比、變速

范圍及總變速范圍，并指出該結(jié)構(gòu)式表示什么類型的傳動(dòng)鏈。在保證結(jié)構(gòu)式性質(zhì)不變的

情況下，若想縮短傳動(dòng)鏈，應(yīng)采用什么措施？

(pXa=1.262=1.58幾=1.26’3T)x2=2.52(pXh=1.263=2/),=1.26<2-,)x3=2

=1.266=4<.=1.26(2-,)X6=4(pXj=1.26|2=16=1.26(2-1)5<,2=16

/?=1.2624-,+2=1.2625=315

第二變速組為基本組，級(jí)比指數(shù)為3,因而該系統(tǒng)為對(duì)稱雙公比傳動(dòng)鏈；最后擴(kuò)大

組的變速范圍為16,是單回曲機(jī)構(gòu)；故該結(jié)構(gòu)式表示的傳動(dòng)鏈?zhǔn)蔷哂袉位厍鷻C(jī)構(gòu)的對(duì)稱

雙公比傳動(dòng)鏈。

由于基本組傳動(dòng)副數(shù)為2,級(jí)比也為3,可由雙速電動(dòng)機(jī)代替，雙速電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力

源，必須為第一變速組。結(jié)構(gòu)是調(diào)整為：24^23X32X26X212

2-9某機(jī)床公比0=1.26,主軸轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=16,ni=40r/min,nmax=2(X)0r/min,試

擬定出結(jié)構(gòu)式，畫出結(jié)構(gòu)網(wǎng)；若電動(dòng)機(jī)功率P=4kW,額定轉(zhuǎn)速&=1440r/min,確定齒

輪齒數(shù)，畫出轉(zhuǎn)速圖。

該機(jī)床的變速范圍是

父=辿=5。

40

需要的理論轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為

1g50

N=-------------F1=1o>16

愴。

采川對(duì)稱雙公比傳司，大公比格數(shù)為：

V=18—16=2為偶數(shù)，且小于8；

則該機(jī)床床的結(jié)構(gòu)式為

16=2|+2x22x24x28

按前密后疏的原則

16=22x23x24x2X

結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖如圖所示。（注：（1）轉(zhuǎn)速圖不是唯一的，（2）第2變速組傳動(dòng)比乘

以1.06,第3變速組傳動(dòng)比除以1.06）

2-10某機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速為n=40?1800r/min,公土0=1.41,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加二1440

r/min,試擬定結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖：確定齒輪齒數(shù)、帶輪直徑比，驗(yàn)算轉(zhuǎn)速誤差；畫出傳動(dòng)

系統(tǒng)圖。

該機(jī)床的變速范圍是

T=45

需要的理論轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為

2'=里空+1=12

則該機(jī)床床的結(jié)構(gòu)式為

12=3)x23x2,

結(jié)構(gòu)網(wǎng)、轉(zhuǎn)速圖如圖所示。（注：轉(zhuǎn)速圖不是唯一的；第一變速組傳動(dòng)比除以106,

第三變速組傳動(dòng)比乘以1.06）

%唱一擊）、2必。.。8%

44

^,=1--=2.22%

旌45

2-11某機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速為n=100?1120r/min,轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)Z=8,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速5產(chǎn)1440

r/min,試擬定結(jié)構(gòu)式、畫出轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖。

該機(jī)床的變速范圍是

蚱喘="2

該機(jī)床的公比為

(P=8m11.2=1.41

則該機(jī)床床的結(jié)構(gòu)式為

12=2(x22x24

題11某機(jī)床主傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速圖

題11某機(jī)鉆床主傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)網(wǎng)

轉(zhuǎn)速圖中：第二變速組傳動(dòng)比除以1.06,第三變速組傳動(dòng)比除以1.06。傳動(dòng)系統(tǒng)圖

略。

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(shí)

現(xiàn)順序變速？為什么？

寬式排列滑移齒輪滑移嚙合變速過(guò)程中，位于中間位置的滑移齒輪沒(méi)有越過(guò)任何固

定齒輪，不存在齒頂干涉問(wèn)題，因而寬式排列中沒(méi)有鼓大、次大或最小滑移齒數(shù)差不小

ah

題12無(wú)齒頂干涉條件的排歹J

a）最大滑移齒輪居中的無(wú)齒頂干涉條件的排列h）最小滑移齒輪居中的無(wú)齒頂干涉條件的排列

于4的條件，三個(gè)滑移齒輪可任意排列：能實(shí)現(xiàn)順序變速。

2-13適用于大批量生產(chǎn)模式的專門化機(jī)床，主軸轉(zhuǎn)速n=45?500r/min,為簡(jiǎn)化結(jié)

構(gòu)采用了雙速電動(dòng)機(jī)，力尸720/1440r/min,試畫出該機(jī)床的轉(zhuǎn)速圖和傳動(dòng)系統(tǒng)圖。

該機(jī)床的變速范圍是

T…2

需要的理論轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)為

7,_1g112

1g0

該機(jī)床專門化機(jī)床，原則上不變速，但為適應(yīng)技術(shù)進(jìn)步，可作適當(dāng)性能儲(chǔ)備，公比

0可選擇1.12、1.26。若采用e=1.26

lg11.2

Z'=4-1=11.5

lg1.26

500

400

315

250

200

160

題13某機(jī)床主傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)速圖

題13某機(jī)鉆床主傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)網(wǎng)

該機(jī)床采用雙速電動(dòng)機(jī)，則該

機(jī)床床的結(jié)構(gòu)式為

12=23x3[x255

轉(zhuǎn)速圖中第二變速組，傳動(dòng)比

除以1.06：笫三變速組的傳動(dòng)比乘

以1.06o

傳動(dòng)系統(tǒng)圖略

2-14舉例說(shuō)明避免背輪機(jī)構(gòu)

高速空轉(zhuǎn)的措施。

2-15求圖2-33所示傳動(dòng)系統(tǒng)

的各齒輪、主軸、傳動(dòng)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)

題2-14避免背輪機(jī)構(gòu)高速空轉(zhuǎn)

速。

主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速n.=63/7min

IV軸計(jì)算轉(zhuǎn)速丐=180”min

HI軸計(jì)算轉(zhuǎn)速rij=180r/min

II軸計(jì)算轉(zhuǎn)速%=500,7min

I軸計(jì)算轉(zhuǎn)速/?y=1000/7min

z23:z65（2軸~丫軸）齒輪副主動(dòng)輪計(jì)算轉(zhuǎn)速〃，=180r/min

z23:z65（V軸?IV軸）齒輪副主動(dòng)輪計(jì)算轉(zhuǎn)速\=500r/min

z21:z59、z40:z40齒輪副主動(dòng)輪計(jì)算轉(zhuǎn)速n.=500r/min

z20:z40、z25:z35、z30:z30齒輪副主動(dòng)輪計(jì)算轉(zhuǎn)速%=1000r/min

2-16某數(shù)控機(jī)床，主軸n=31.5?

3000r/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速町=125r/min；主

傳動(dòng)采用變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

為nm=6~4500r/min,額定轉(zhuǎn)速nti=1500

r/min,功率為P=7.5kW。試設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)

串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)。

I）主軸要求的恒功率變速范圍

V幽=24

P"125

2）電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍是3,

即Rpm=（Pm=3

3）該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、變

速組數(shù)

愴Rp.虻=2.89

Zmin=

1g1g3

取k=2,Z=4

4)

5)

1251

6)分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小傳動(dòng)比為Zmin=

150012

根據(jù)前緩后急的原則取

1._11

I01~2

7)其它傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為

x2=1

心=*和=-

心=，忌=(X2?=1

8)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速為

〃加min=31.5x12/7min=378r/min

9)電動(dòng)機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率為

P=PX=7.5xAW=1.89kW

mmi，n%1500

2-17某數(shù)控機(jī)床，主軸n=22.5?450（）r/min,計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=750r/min；主傳動(dòng)采用變

頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為nm=6-4500r/r額定轉(zhuǎn)速nd=15（）（）r/min,功率為

P=7.5kW。試設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)。

1）主軸要求的恒功率變速范圍

d

=6

Pn75（）

2）電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍是3,即Rp,一=3

3）該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、變速組數(shù)

k-里咨.07

m,n1g2.

取k=l,Z=2

4）分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際公比為

5）結(jié)構(gòu)式為2=2,

6）分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小傳動(dòng)比為zn.n=2^2.=l

mm15002

根據(jù)前緩后急的原則取

“5g

7）其它傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為

工2=著。/=5、2=1

8）調(diào)速電動(dòng)機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速為

〃〃rmin=22.5x2/7min=4577min

9）電動(dòng)機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率為

n45

匕min=匕X3^=7.5X——kW=0.225kW

inm%1500

2-18某數(shù)控機(jī)床，主軸n=31.5?2400”min,計(jì)算轉(zhuǎn)速nj=200r/min；主傳動(dòng)采用變

頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為小=6?4500r/min,額定轉(zhuǎn)速nj=1500r/min,功率為

P=7.5kWo試設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)的分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)。

I)主軸要求的恒功率變速范圍

V"%2

內(nèi)’200

2)電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍是3,即RPm=（ptn=3

3）該系統(tǒng)至少需要的轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)、變速組數(shù)

Z?in=-^L=—=226

I儲(chǔ)而='些=118

niin?1rinin1c

lg0n愴3lg2

取k=2,Z=4

4)分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)際公比為

=z力

結(jié)構(gòu)式為

5)4=21x20

.2001

6)分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小傳動(dòng)比為==

'min-1506~Z5

根據(jù)前緩后急的原則取

.i11

lfA-Z52=2

7)其它傳動(dòng)副的傳動(dòng)比為

2?；囟?，1.58=*

h>2=加辦=252x158~=1

8)調(diào)速電動(dòng)機(jī)的最低工作轉(zhuǎn)速為

=31.5x7.5r/min=23677min

9)電動(dòng)機(jī)最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)所傳遞的功率為

4mM=K,xX=7.5x訴ZW=1.18kW

%1500

219無(wú)級(jí)變速有哪些優(yōu)點(diǎn)？

無(wú)級(jí)變速能使機(jī)床獲得最佳切削速度，無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)速損失；且能夠在加工過(guò)程中變速,

保持恒速切削；無(wú)級(jí)變速器通常是電變速組，恒功率變速范圍為2?16,恒轉(zhuǎn)矩變速范

圍大于100,這樣，縮短了傳動(dòng)鏈長(zhǎng)度，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；無(wú)級(jí)變速系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

化操作。

2-20數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)設(shè)計(jì)有哪些特點(diǎn)？

電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速；電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生主軸的最高轉(zhuǎn)速。

主軸的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍6則決定了電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩變速范圍R7m的大小，%“=R『，電

動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩變速范圍R5經(jīng)分級(jí)傳動(dòng)系統(tǒng)的最小傳動(dòng)比，產(chǎn)生主軸的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍。

2-21機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈與主傳動(dòng)鏈相比，有哪些不同？

主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)床，主運(yùn)動(dòng)鏈大部分為恒功率變速，轉(zhuǎn)速圖前多后少、前密后疏、

前緩后急；而機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈全部是恒轉(zhuǎn)矩變速，轉(zhuǎn)速圖須前少后多、前疏后密、

前急后緩，以獲得相對(duì)較大的驅(qū)動(dòng)功率。

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(shí)，為順利滑移嚙合變速,

應(yīng)采用什么措施？

當(dāng)最大、次大滑移齒輪齒數(shù)差小于4時(shí)，可采用亞寬式排列，讓滑移的小齒輪越過(guò)

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(wèn)題；也可采用變位齒輪使兩齒頂圓直徑之差不小于4個(gè)模

數(shù)；或采用牙嵌離合器變速，使齒輪不動(dòng)。

2-23有公用齒輪的交錯(cuò)排列有什么優(yōu)點(diǎn)？

交錯(cuò)排列能減少兩齒輪變速組的軸向長(zhǎng)度，采用公用齒輪使兩齒輪變速組的軸向長(zhǎng)

度更短。

2-24提高傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度應(yīng)采用什么措施？

制造誤差、裝配誤差、軸承的徑向圓跳動(dòng)及傳動(dòng)軸的橫向彎曲等，都能使齒輪等傳

動(dòng)件形成幾何偏心和運(yùn)動(dòng)偏心，產(chǎn)生轉(zhuǎn)角誤差。要提高傳動(dòng)精度，需從以下幾方面采取

措施。

1）盡量縮短傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)副越少，誤差源越少。

2）使盡量多的傳動(dòng)路線采用先緩后急的降速傳動(dòng)，且末端傳動(dòng)組件（包括軸承）要

有較高的制造精度、支承剛度，必要時(shí)采用校正機(jī)構(gòu)，這樣可縮小前面?zhèn)鲃?dòng)件的傳動(dòng)誤

差，且末端組件不產(chǎn)生或少產(chǎn)生傳動(dòng)誤差。

3）升速傳動(dòng)、尤其是傳動(dòng)比大的升速傳動(dòng)，傳動(dòng)件的制造精度應(yīng)高一些，傳動(dòng)軸組

件應(yīng)有較高的支承剛度。減小誤差源的誤差值，避免誤差在傳動(dòng)中擴(kuò)大。

4）傳動(dòng)鏈應(yīng)有較高的剛度，減少受載后的彎曲變形。主軸及較大傳動(dòng)件應(yīng)作動(dòng)平

衡，或采用阻尼減振結(jié)構(gòu)，提高抗振能力。

2-25結(jié)構(gòu)式是轉(zhuǎn)速圖的數(shù)學(xué)表達(dá)式，它是否具有乘法的交換率和分配率？為什么？

結(jié)構(gòu)式是轉(zhuǎn)速圖的數(shù)學(xué)表達(dá)式，但不具有乘法的交換率和分配率。因?yàn)楦鹘M數(shù)字表

示各變速組在傳動(dòng)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(dòng)副數(shù)，下角數(shù)字表示該變速組的級(jí)比指數(shù)。

2-26直線運(yùn)動(dòng)的主傳動(dòng)鏈和進(jìn)給傳動(dòng)鏈其載荷特性是否相同？其計(jì)算轉(zhuǎn)速怎樣確

定？

直線運(yùn)動(dòng)的主傳動(dòng)鏈和進(jìn)給傳動(dòng)鏈其載荷特性相同，皆為恒轉(zhuǎn)矩載荷。計(jì)算轉(zhuǎn)速（速

度）是直線運(yùn)動(dòng)的主傳動(dòng)鏈和進(jìn)給傳動(dòng)鏈的最高轉(zhuǎn)速（速度）。

2-27誤差傳遞的規(guī)律是什么？如何提高傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度？傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差與

哪些因素有關(guān)？

誤差傳遞的規(guī)律是：在傳動(dòng)鏈中，前一級(jí)傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差，經(jīng)縮小放大后，和從

動(dòng)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差一起，傳給后一級(jí)傳動(dòng)副，再按后一級(jí)傳動(dòng)副傳動(dòng)比的大小進(jìn)行擴(kuò)大

或縮小。即在傳動(dòng)鏈中，傳動(dòng)件在傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，也將傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差按傳

動(dòng)比的大小進(jìn)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(dòng)件至執(zhí)行

件的總傳動(dòng)比小于1,則該傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差在傳動(dòng)中被縮?。环粗?，將被擴(kuò)大。

傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)角誤差：齒壞的幾何中心0與機(jī)床工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸心0（的同軸度誤差，

偏量為G，幾何偏心；同樣齒輪的幾何中心O與傳動(dòng)軸軸心。2也存在同軸度誤差，偏

移量為62。

2-28某機(jī)床主運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)式為16=2?x24x2/2、，公比0=1.26,主軸的最高

轉(zhuǎn)速為"max=2000"min。試確定機(jī)床主軸的各級(jí)轉(zhuǎn)速。

主軸的轉(zhuǎn)速數(shù)列為

1I11

%X2>X<X>X<

(p~(p(p1夕

"max=46=2000r/min=nA(p

.=%//…=2000/31.5rmin=63r/min

/?12=5(X)r/min%=250r/rrrinn6=125r/min

n=46//9=/2/(。8。4)=——---r/rrrin=25/7min

x1631.5x2x0

H14==25x31.5〃min=800r/rrrin

n5=100r/min&=200r/minn],=400r/min/?]4=800r/min

n2=/711/10r/min=4()r/ninn4=80r/min%=160r/min

=315r/min

々3=630r/min/?I5=10/?6=1250r/nin

2-29某機(jī)床主運(yùn)動(dòng)鏈的結(jié)構(gòu)式為24='X23x2°x2由，公比0=1.26,主軸的最

低轉(zhuǎn)速為〃min=l0r/min。試確定機(jī)床主軸的各級(jí)轉(zhuǎn)速。

々~1公比°=1.26

=n

〃min\=10r/nMnn4=20/7min%=40r/minnw=8077min

2

n2=10^>/7nin=12.5/7min%=IO^?r/min=16/7min

n5=25r/min%=31.577min=50r/min=6377min/?n=l（X）/7nin

?%4公比0=1.26最后變速組級(jí)比指數(shù)理論值為12；選取10.5肯定是受到需

求的最高轉(zhuǎn)速的限制；同理，〃11m=也是根據(jù)實(shí)際需要確定的；若要保留傳動(dòng)

鏈能得到的主軸級(jí)數(shù)，高低速段交叉；級(jí)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0=1.12轉(zhuǎn)速段，符合工藝需求。因而高速段應(yīng)首先最高轉(zhuǎn)速確定，

245，5

n24=lO^-'-'-=10^VV1400r/min=315x4x1.12r/nin=1400r/nin

zi2l=710r/min=355r/minn}5-180r/min

n23=1120/7min%=900r/min

n20=560r1minH19=450rIminnxl=280r/minH16=224r/min

勺］?〃14公比°=1.12

%2=100^05r/niin=112"min

055

"3=2嗎r/min=125r/min=n12^'/:l4=nI7/^r/min=140/7min=n^（p"

第三章習(xí)題參考答案

3-1為什么對(duì)機(jī)床主軸要提出旋轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性、溫升及耐磨性要求？

主軸蛆件的功用是縮小主運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)誤差并將運(yùn)動(dòng)傳遞給工件或刀具進(jìn)行切削，形

成表面成形運(yùn)動(dòng)；承受切削力和傳動(dòng)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(dòng)組件（包括軸承）要有較高的制造精度、支承剛度，必要時(shí)采用校正機(jī)構(gòu)，

這樣可縮小前面?zhèn)鲃?dòng)件的傳動(dòng)誤差，且末端組件不產(chǎn)生或少產(chǎn)生傳動(dòng)誤差。

旋轉(zhuǎn)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(dòng)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(diào)整精度。

動(dòng)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(jī)床主軸要

提出旋轉(zhuǎn)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(dòng)軸承有那些類型，其特點(diǎn)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（5（）~60個(gè)），具有較高的剛度；兩列滾子交

錯(cuò)布置，減少了剛度的變化量；外圈無(wú)擋邊，加工方便；主軸內(nèi)孔為錐孔，錐度1:12,

軸向移動(dòng)內(nèi)圈使之徑向變形，調(diào)整徑向間隙和預(yù)緊；黃銅實(shí)體保持架，利于軸承散熱。

NN3000K超輕系列軸承。

軸承型號(hào)為234400,接觸角60。，滾動(dòng)體直徑小，極限轉(zhuǎn)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；與雙列圓杜滾子軸承配套使用。

角接觸球軸承常用的型號(hào)有7000C系列和7000AC系列，前者接觸角為15°,后者

為25:70()0C系列多用于極限轉(zhuǎn)速高，軸向負(fù)載小的機(jī)床，如內(nèi)圓磨床主軸等；7000AC

系列多用于極限轉(zhuǎn)速高于雙列滾子軸承，軸向載荷較大的機(jī)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(gè)角接觸球軸承組合安裝。

圓錐滾子軸承，與圓錐齒輪相似，內(nèi)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(diǎn)，以保證圓錐滾子的純滾動(dòng)。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(zhuǎn)時(shí)，離心力的軸向分力使?jié)L子大端與內(nèi)圈擋邊之間滑動(dòng)摩擦，摩擦面

積大，發(fā)熱量大，因而極限轉(zhuǎn)速較低。軸承代號(hào)為30000。

雙列圓錐滾子軸承有一個(gè)公用外圈，兩個(gè)內(nèi)圈，且內(nèi)圈小端無(wú)擋邊，可取出內(nèi)圈，

修磨中間隔套，調(diào)整預(yù)緊量。雙列圓錐滾子軸承是背靠背的角接觸軸承，支點(diǎn)距離大，

線接觸，滾子數(shù)量多，剛度和承載能力大。可承受純徑向力，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(jī)床主軸前支承。常用的型號(hào)為

350000o

機(jī)床主軸較粗，主軸軸承的直徑較大，軸承所承受的載荷遠(yuǎn)小于其額定動(dòng)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(yīng)根據(jù)剛度、旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速來(lái)選擇。軸承的剛度與軸承的類型有關(guān)，線接

觸的滾子軸承比點(diǎn)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(dāng)預(yù)緊不僅能提高旋轉(zhuǎn)精度，也能提高剛度。軸承的極限轉(zhuǎn)速與軸承滾動(dòng)體的形

狀有關(guān)，同等尺寸的軸承，球軸承的極限轉(zhuǎn)速高于滾子軸承，圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速

高于圓錐滾子軸承；同一類型的軸承，滾動(dòng)體的分布01越小，滾動(dòng)體越小，極限轉(zhuǎn)速越

高。軸承的軸向承我能力和剛度，由強(qiáng)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：承受釉向載荷軸承的極限轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)參數(shù)：跨度I、懸伸量。、外徑。及內(nèi)孔d對(duì)主軸部件彎曲剛度

的影響？

由材料力學(xué)可知：當(dāng)端部受產(chǎn)力時(shí)，在剛性支承上彈性主軸端部變形可為

主軸的兩支承之間的外徑、內(nèi)徑可按當(dāng)量直徑Z計(jì)算，當(dāng)量直徑可按下式計(jì)

岳?；?/p>

式中%、dei.1-.——階梯軸各段外徑、內(nèi)徑及其長(zhǎng)度(mm)。

主軸的當(dāng)量慣性矩為

3-4主軸前后軸承的徑向跳動(dòng)量分別為2、試計(jì)算或、程在主軸前端。處引起的

徑向跳動(dòng)。

剛性主軸彈性支承引起的主軸端部變形分為

■=4+4

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(shí)，

接觸線與主軸軸線的交點(diǎn)應(yīng)位于軸承前面；②傳動(dòng)件應(yīng)位于后支承外側(cè)，且傳動(dòng)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(yīng)大一

些，最佳為180。，以部分補(bǔ)償切削力造成的變形；主軸為皮帶傳動(dòng)時(shí):應(yīng)采用卸荷式機(jī)

構(gòu)，避免主軸承受皮帶拉力；齒輪也可采用卸荷式機(jī)構(gòu)；③適當(dāng)增加一個(gè)支承內(nèi)的軸承

數(shù)目，適度預(yù)緊，采用精助支承提高支承剛度。

提高動(dòng)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用圓錐液壓漆套取代螺紋等軸向定位件；徑向定位采用小錐度過(guò)盈配合或漸

開(kāi)線花鍵；滑移齒輪采用漸開(kāi)線花鍵配合；②采用三支承主軸；③旋轉(zhuǎn)零件的非配合面

全部進(jìn)行較精密的切削加工，并做動(dòng)平衡；④設(shè)置消振裝置，增加阻尼?？刹驾^大的齒

輪上切削出一個(gè)圓環(huán)槽，槽內(nèi)灌注鉛，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉛就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)微量運(yùn)動(dòng)，消耗振

動(dòng)能量，從而抑制振動(dòng)；如果是水平主軸，可采用動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，提高軸承阻尼；圓錐

滾子軸承的滾子大端有滑動(dòng)摩擦，阻尼比其它滾動(dòng)軸承高，因而在極限轉(zhuǎn)速許可的情況

卜，優(yōu)先采用圓錐滾子粕承；增加滾動(dòng)軸承的預(yù)緊力，也可增加軸承的阻尼；⑤采用動(dòng)

力油潤(rùn)滑軸承.控制溫升.減少熱變形c

3-6主軸的軸向定位有幾種，各有什么特點(diǎn)？CA6I40車床為什么采用后端定位，而數(shù)

控機(jī)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卻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(dāng)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(nèi)側(cè)，前支承結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力大，溫升高，

主軸受熱膨脹向后伸長(zhǎng)，對(duì)主軸前端位置影響較??；適用于軸向精度和剛度要求高的高

精度機(jī)床和數(shù)控機(jī)床。⑵后端定位：前支承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)軸向力影響，溫升低：但主軸

受熱膨脹向前伸長(zhǎng)，主軸前端軸向誤差大。使用于?軸向精度要求不高的普通機(jī)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(nèi)側(cè)，前支承發(fā)

熱較小，兩推力軸承之間的主軸受熱膨脹時(shí)會(huì)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(jī)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(jī)床，

如鉆床、組合機(jī)床。

3-7怎樣根據(jù)機(jī)床切削力的特性選擇主軸滾動(dòng)軸承的精度。

切削力方向固定不變的主軸，按內(nèi)圈滾道表面相對(duì)于軸承外徑軸線的同軸度選擇；

切削力方向隨主軸的旋轉(zhuǎn)同步變化的主軸，按外圈滾道表面相對(duì)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(duì)較小，一般情況下，引起的應(yīng)力遠(yuǎn)小于鋼的屈服極限。因此，機(jī)械

強(qiáng)度不是選擇主軸材料的依據(jù)。

當(dāng)主軸的直徑、支承跨距、懸伸量等尺寸參數(shù)一定時(shí)，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=2.06x10s差別徨小。

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(lái)選擇。耐磨性

取決于硬度，故機(jī)床主軸材料為淬火鋼或滲碳淬火鋼，高頻淬硬。

普通機(jī)床主軸，一般采用45或60號(hào)優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jī)床主軸，可采用40Cr高頻淬硬或低碳合金

鋼（如2（）Cr,16MnCr5）滲碳淬火，硬度不低于60HRC高精度機(jī)床主軸，可采用65Mn,

淬硬52?58HRC；高精度磨床砂輪主軸，慳床、加工中心主軸，采用滲氮鋼（如

38CrMoAlA）,表面硬度為1100T200HV。必要時(shí),進(jìn)行冷處理。

3-9主軸的技術(shù)要求主要有哪幾項(xiàng)？若達(dá)不到這些要求，會(huì)有什么影響？

主軸的技術(shù)要求主要有：直徑中公差、圓度I和圓柱度11、傾斜度12、跳動(dòng)t3、同

軸度t4、表面粗糙度Ra。定位基面的精度按機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)選擇。普通機(jī)床主軸，安裝齒

輪等傳動(dòng)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(zhuǎn)速大于

600r/min的主軸，非配合表面的表面粗糙度值R￡l.6,/〃〃；線速度妙之3"/5的主軸，主

軸組件應(yīng)做一級(jí)動(dòng)平衡。

若達(dá)不到這些要求咋不能保證主軸的旋轉(zhuǎn)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(dǎo)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(jī)上，切屑不與床身和導(dǎo)軌副接觸，避免了切瑪攜帶的切削熱傳給床身導(dǎo)軌，減

少了熱變形。

切屑不與床身導(dǎo)軌，床身可做成封閉的截面。提高其靜剛度。

封閉的床身導(dǎo)軌空腔內(nèi)可保留型芯或沖入水泥，提高其動(dòng)剛度。

3-11怎樣提高支承件的動(dòng)態(tài)剛度？

1、提高靜剛度和固有頻率

在不增加支承件質(zhì)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(qiáng)筋，是提高靜剛度和固有頻率的簡(jiǎn)單而有效的方法。

2、增加阻尼

對(duì)于鑄鐵支承件，可保留型芯、采用封砂結(jié)構(gòu)，或在空腔內(nèi)充徑或高阻尼材料；采

用阻尼焊接結(jié)構(gòu)，并在空腔內(nèi)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(qiáng)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(yīng)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/=(0.865~。斜向隔板即能提高抗彎剛度，

又能提高抗扭剛度；較長(zhǎng)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(diǎn)，并說(shuō)明其應(yīng)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輅、硅、稀土元素等可

提高耐磨性。鑄鐵鑄造性能好，容易得到復(fù)雜的形狀，且阻尼大，有良好的抗振性能，

阻尼比(0.5~3)x10-3。鑄件因壁厚不勻?qū)е略诶鋮s過(guò)程中產(chǎn)生鑄造應(yīng)力，所以鑄

造后必須進(jìn)行時(shí)效處理，并盡量采用自然時(shí)效。自然時(shí)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(jī)床支承件，除粗加工前進(jìn)行自然時(shí)效外，粗加工

后應(yīng)進(jìn)行人工時(shí)效處理，充分消除鑄造應(yīng)力。人工時(shí)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?550℃,鑄件壁厚20mm時(shí)保溫4小

時(shí)，壁厚每增加25mm保溫時(shí)間增加2小時(shí)，然后以30℃小的冷卻速度爐冷至200℃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(jìn)行振動(dòng)時(shí)效，消除內(nèi)

應(yīng)力。振動(dòng)時(shí)效時(shí)，支承件放在彈性支承(如廢輪胎)上，激振器安裝在支承件中部；

激振器的頻率為一次橫向彎曲振動(dòng)的共振頻率。激振器可視為質(zhì)量偏心的、偏心矩可調(diào)

的、無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)。這種方法時(shí)效時(shí)間短；較人工E寸效節(jié)能。缺點(diǎn)是，按照一次彎曲

共振頻率時(shí)效，中間部分振幅大，消除應(yīng)力效果好，兩端振幅小，效果較差。

用鋼板和型鋼焊接支承件，制造周期短，不用制作木模，特別適合于生產(chǎn)數(shù)量少品

種多的大中型機(jī)床床身的制造；由于鋼的彈性模量EM2.06X105MPa,鑄鐵的彈性模

量Eul.ZZxlC/MP。，鋼的彈性模量約為鑄鐵的1.7倍，所以鋼板焊接床身的抗彎剛度

約為鑄鐵床身的1.45倍；剛度要求相同時(shí)，焊接床身的壁厚比鑄鐵床身減少一半，質(zhì)量

減輕20?30%；焊接床身可做成封閉的結(jié)構(gòu)；焊接床身的缺點(diǎn)是阻尼約為鑄鐵的1/3,

抗振性能差。為提高抗振性能，可采用阻尼焊接結(jié)構(gòu)或在空腔內(nèi)充入碎等措施。

3-14樹脂混凝土支承件有什么特點(diǎn)，目前應(yīng)用于什么類型的機(jī)床。

樹脂混凝土是制造機(jī)床床身的新型材料，又稱為人造花崗巖。之所以稱為樹脂混凝

土，是因?yàn)橐詷渲拖♂寗┐婊炷林械乃嗪退?，與各種尺寸規(guī)格的花崗巖塊或大

理石塊等骨料均勻混合、搗實(shí)固化而形成的。樹脂為粘接劑，相當(dāng)于水泥，常用不飽和

聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、內(nèi)烯酸樹脂等合成樹脂；稀釋劑的作用是降低樹脂粘度，澆注時(shí)

有較好的滲透力，防止固化時(shí)產(chǎn)生氣泡；有時(shí)還要加入固化劑，改變樹脂分子鏈結(jié)構(gòu)，

使原有的線型或支鏈型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成體型分子鏈結(jié)構(gòu)。芍時(shí)還要加入增韌劑，提高樹脂混

凝土的抗沖擊性能和抗彎強(qiáng)度。樹脂混凝土的阻尼比為灰口鑄鐵的8?10倍，因而抗振

性能好；對(duì)切削油、潤(rùn)滑劑等有極好的耐腐蝕性；與金屬粘接力強(qiáng)，可根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)

要求，預(yù)埋金屬件，減少金屬加工量；生產(chǎn)周期短，澆注時(shí)無(wú)大氣污染，澆注出的床身

靜剛度比鑄鐵床身高16?40%。缺點(diǎn)是某些力學(xué)性能如抗拉強(qiáng)度低，可增加預(yù)應(yīng)力鋼筋

或加強(qiáng)纖維來(lái)提高抗彎剛度；用鋼板焊接出支承件的周邊框架，在空腔中充入樹脂混凝

土而形成的結(jié)構(gòu)，適合于大中型機(jī)床結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的支承件。

3-15支承件截面形狀的選用原則是什么？

①空心截面比實(shí)心截面的慣性矩大；加大輪廓尺寸，減少壁厚，可提高支承件的剛

度；設(shè)計(jì)時(shí)在滿足工藝要求的前提下，應(yīng)盡量減小壁厚。②方形截面的抗彎剛度比圓形

截面的剛度大，而抗扭剛度比圓形截面的剛度低；矩形截面在高度方向上的抗彎剛度比

方形截面大，而寬度方向上的抗彎剛度和抗扭剛度比方形的低；因此，承受一個(gè)方向彎

矩為主的支承件，其截面形狀應(yīng)為矩形，高度方向?yàn)槭軓澐较?；承受彎扭組合作用的支

承件，截面形狀應(yīng)為方形；承受純扭矩的支承件，其截面形狀應(yīng)為圓環(huán)形；③不封閉截

面的剛度遠(yuǎn)小于封閉的板面剛度，其抗扭剛度下降更大；因此，在可能的情況下，應(yīng)盡

量把支承件做成封閉形狀。截面不能封閉的支承件應(yīng)采取補(bǔ)償剛度的措施。

3-16怎樣補(bǔ)償不封閉支承件的剛度損失？

為彌補(bǔ)開(kāi)孔后的剛度損失，可在孔上加蓋板，用螺栓將蓋板固定在壁匕也可將?孔

的周邊加厚（翻邊），如表3-12中的序號(hào)6；在翻邊的基礎(chǔ)上，加嵌入式蓋板，補(bǔ)償效

果最佳，表3-12中的序號(hào)6加嵌入式蓋板后，相對(duì)抗彎剛度為（）.91,相對(duì)抗扭剛度為

0.41o另外，在孔周邊翻邊，可增加局部剛度，翻邊直徑。與孔徑d之比。/402,壁厚

，與翻邊高度〃的比值時(shí)，剛度增加較大。

3-17為什么固定結(jié)合面要求有較高的表