机械制造装备设计第三版(李庆余)部分课后答案

1-4机床分配运动的原则是什么？传动形式如何选择？答：机床分配运动的原则： 1）将运动分配给质量小的零部件； 2）运动分配应有利于提高工件的加工精度； 3）运动分配应有利于提高运动部件的刚度； 4）运动分配应视工件形状而定。

传动形式如何选择：机床传动的形式有机械传动、液压传动等。

机械传动靠滑移齿轮变速，变速级数一般少于30级，传动功率大，变速范围较广，传动比准确，工作可靠，广泛用于通用机床中，尤其是中小型机床中。

缺点是有相对转速损失，工作中不能变速。

液压无极变速传动平稳，运动换向冲击小，易于实现直线运动，适用于刨床、拉床、大型矩台平面磨床等机床的主运动中。

机床进给运动的传动多采用机械传动或液压无极传动。

数控机床进给运动采用伺服电动机——齿轮传动——滚珠丝杠副传动。

设计时应根据具体情况，以满足使用要求为原则，合理选定。

1-6怎样减少机床的振动,减少齿轮的噪声值?减少机床的振动:对来自机床外部的振源，最可靠最有效的方法是隔离振源。

对无法隔离的振源或传动链内部形成的振源，则应1)选择合理的传动形式，尽量减短传动链，减少传动件个数，即减少振动源数量。

2)提高传动链内各传动轴组件，尤其是主轴组件的刚度，提高其固有角频率。

3)大传动件应作动平衡或设置阻尼机构。

4)箱体外表面涂刷高阻尼涂层，如机床腻子等，增加阻尼比。

5)提高各部件结合面的表面精度，增强结合面的局部刚度。

减小齿轮的噪声值:1 )缩短传动链，减少传动件的个数。

2)采用小模、硬齿面齿轮，降低传动间的线速度。

3）提高齿轮的精度。

4）采用增加齿数、减小压力角或采用圆柱螺旋齿轮，增加齿轮啮合的重合度，机床齿轮的啮合度不小于1.3。

5）提高传动件的阻尼比，增加支承组件的刚度。

1-8标准公比有哪些？是根据什么确定的？数控机床分级传动的公比是否为标准值？标准公比有7个:1.06、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78、2。

（1）限制最大相对速度损失Amax≤50%，因此1<φ≤2（2）为方便记忆和使用，转速数列为10进位，即相隔一定数级使转速成10倍关系，即njφ^E1=10nj，φ=E1^√10（3）转速数列为2进位，即相隔一定数级，使转速成2倍关系以便采用转速成倍数关系的双速电动机，即φ=E2^√2机床主轴的等级数列转速与数学中的等比数列是有区别的，虽然标准公比写成精度为1/100的小数，但标准公比（2除外）都是无理数，机械传动无法实现√2、∛2、等传动比，尤其是1.26，∛2≈1.26≈√1010，但∛2≠√1010，因而主轴转速数列的公比是近似的。

2-1.何谓转速图中的一点三线？机床的转速图表示什么？一点三线：一点是转速点，三线是主轴转速线、传动轴线、传动线；转速图表示：主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图。

2-2.结构式与结构网表示机床的什么内容？结构式表示级比规律，结构网表示机床的传动路线传动比的相对关系。

2-3.等比传动系统中，总变速范围与各变速组的变速范围有什么关系?与主轴的转速级数有什么关系?乘积Rn=r1.r2.r3……rn-1 Rn=级数的Z-1次方2-4. 等比传动系统中，各变速组的级比指数有何规律？X0=1 X1=P0 X2=P0.P1 Xj=P0.P1…P(j -1)2-5.拟定转速图的原则有哪些？1）极限传动比、极限变速范围原则2）确定传动顺序及传动副数的原则 前多后少3）确定扩大顺序的原则 前密后疏4）确定最小传动比的原则 前缓后急2-6. 机床转速图中，为什么要有传动比限制，各变速组的变速范围是否一定在限定的范围内，为什么?在设计机床传动时，为防止传动比过小造成从动齿轮太大，增加变速箱的尺寸，限制最小传动比；为减少振动，提高传动精度，限制最大传动比。

2-7.机床传动系统为什么要前多后少、前疏后密，前缓后急？前多后少：传动件越靠近电动机，其转速就越高，在电动机功率一定的情况下，所传递的转矩就越小，传动件和传动 轴的几何尺寸就越小。

因此，应尽量使前面的传动件多一些。

前密后疏：变速组j 的变速范围是。

在公比一定的情况下，只有控制xj （pj-1）的大小，才能使变速组的变速范围不超 过允许值。

传动副数多时，级比指数应小一些。

考虑到传动顺序中有前多后少的原则，扩大顺序应采用前密后疏的原则。

前缓后急：为使更多的传动件在相对高速下工作，减少变速箱的结构尺寸，最小传动比应采取前缓后急的原则。

此外，由 于制造安装等原因，传动件工作中有转角误差，采用前缓后急原则，有利于提高传动链末端执行件的旋转精度。

2-19无级变速有哪些优点？能使机床获得最佳切削速度，无相对转速损失 ：能够在加工过程中变速，保持恒速切削：无级变速器通常是电变速组，恒功率变速范围为2—8.5，恒转矩变速范围大于100，这样，缩短了传动链长度，简化了结构设计：容易实现自动化操作。

2-24提高传动链的传动精度应采用什么措施？1）尽量缩短传动链。

传动副越少，误差源越少。

2）使尽量多的传动路线采用先缓后急的降速传动，且末端传动组件（包括轴承）要有较高的制造精度、支承刚度，必要时采用校正机构，这样可缩小前面传动件的传动误差，且末端组件不产生或少产生传动误差。

3）升速传动，尤其是传动比大的升速传动，传动件的制造精度应高一些，传动轴组件应有较高的支承刚度。

减少误差源的误差值，避免误差在传动中扩大。

4）传动链应有较高的刚度，减少受载后的弯曲变形。

主轴及较大传动件应作动平衡或采用阻尼减振结构，提高抗振能力。

2-26直线运动的主传动链和进给传动链其载荷特性是否相同?其计算转速怎样确定?驱动直线运动的传动件主运动是恒转矩传动，直线运动的进给运动是恒转矩载荷，传动件的计算转速是该传动件可能出现的最大转速2-27误差传递的规律是什么？如何提高传动链的传动精度？传动件的转角误差与哪些因素有关？传动链中，传动件在传递运动和转矩的同时，也将其转角误差按传动比的大小放大和缩小，依次向后传递，最终反映到执行件上。

如果传动件至执行件的总传动比小于1，则传动件的转角误差被缩小，反之，将被放大。

提高见2-24制造误差、装配误差、轴承的径向圆跳动及传动轴的横向弯曲等，都能使齿轮等传动件形成几何偏心和运动偏心，产生转角误差。

3-1.为什么对机床主轴要提出旋转精度、刚度、抗振性、温升及耐磨性要求？1）轴旋转精度是机床几何精度的组成部分2）刚度是主轴组件在静载荷下抵抗变形的能力是综合型参数与自身支撑轴承刚度相关3）抗震性直接影响加工精度和刀具使用寿命是机床重要性能指标4）主轴热变形引起轴承间隙变化轴心位置偏离定位基面形状位置尺寸变化，润滑油粘度下降严重影响加工精度5）主轴组件主要失效形式—磨损3-2主轴部件采用的滚动轴承有哪些类型？其特点和选用原则是什么？1）双列圆柱滚子轴承2）双向推力角接触球轴承3)角接触轴承4）双列圆锥滚子轴承1)适度预紧后，滚动轴承有足够的刚度，有较高的旋转精度，能满足机床主轴的性能要求，能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。

2)由专门生产厂大批量生产，质量稳定，成本低，经济性好。

特别是轴承行业针对机床主轴的工作性质，研发生产了NN3000K、234400及Gamet(加梅)轴承，更使轴承稳占主轴轴承的主导地位。

3)滚动轴承容易润滑。

4)缺点：①滚动体有限，滚动轴承旋转中的径向刚度是变化的②滚动轴承的径向尺寸较大选用远侧：主轴应根据刚度、旋转精度和极限转速来选择。

轴承的刚度与轴承的类型有关，线接触的滚子轴承比点接触的球轴承刚度高，双列轴承比单列的刚度高，且刚度是载荷的函数，适当预紧不仅能提高旋转精度，也能提高刚度。

轴承的极限转速与轴承滚动体的形状有关，同等尺寸的轴承，球轴承的极限转速高于滚子轴承，圆柱滚子轴承的极限转速高于圆锥滚子轴承；同意类型的轴承，滚动体的分布圆越小，滚动体越小，极限速度越高。

轴承的轴向承载能力和刚度，由强到弱依次为:推力球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承；承受轴向载荷轴承的极限转速由高到低为:角接触球轴承、推力角接触球轴承、圆锥滚子轴承、推力球轴承。

3-3试分析主轴的结构参数：跨度L、悬伸量a、外径D、及内孔d对主轴部件抗弯刚度的影响。

①支承跨度主轴部件的支承跨距对主轴的刚度有很大的影响。

跨距对主轴部件综合刚度的影响不是单向的。

如跨距较大，则主轴变形较大；如跨距较小，则轴承的变形对主轴前端的位移影响较大。

所以跨距有一个最佳值，跨距太大或太小，都会降低主轴的综合刚度。

②悬伸长度主轴的悬伸长度与主轴前端结构的形状尺寸、前轴承的类型和组合方式及轴承的润滑与密封有关。

主轴的悬伸长度对主轴的刚度影响很大，主轴的悬伸长度越短，其刚度越好。

③主轴直径主轴直径越大，其刚性越高，但轴承和主轴上其他零件的尺寸也相应增大。

轴承直径越大，同等级精度轴承的公差值也就越大，要保证主轴的旋转精度就越困难，同时极限转速也下降。

主轴后端支承轴颈的直径一般为前支承轴颈的0.7～0.8倍，实际尺寸要到主轴组件设计时确定。

前、后轴颈的差值越小则主轴的刚度越高，工艺性能也越好。

④主轴内孔直径主轴内孔是用来通过棒料及刀具夹紧装置，也可用于通过气动、液压卡盘的联结件。

主轴内孔直径越大，可通过棒料的直径就越大，机床的使用范围就越宽，同时主轴部件也越轻。

主轴内孔直径的大小主要受主轴刚度的制约。

当主轴内孔直径与主轴直径之比小于0.3时，空心主轴的刚度几乎与实心主轴的刚度相当；当主轴内孔直径与主轴直径之比为0.5时，空心主轴的刚度为实心主轴的刚度90%；当主轴内孔直径与主轴直径之比大于0.7时，空心主轴的刚度急剧下降3-5.提高主轴刚度的措施有哪些?提高刚度除提高主轴自身刚度外，可采用以下措施：①角接触轴承为前支承时，接触线与主轴轴线的交点应位于轴承前面。

②传动件应位于后支承外侧，且传动力使主轴端部变形的方向，不能和切削力造成的主轴端部的变形方向相同，两者的夹角应大一些，最佳为180。

，以部分补偿切削力造成的变形：主轴为带传动时，应采用卸荷式机构，避免主轴承受传动带拉力；齿轮也可采用卸荷式机构。

③适当增加一个支承内的轴承数目，适度预紧，采用辅助支承，以提高支承刚度。

提高动刚度除提高主轴组件的静刚度，使固有频率增高，避免共振外，可采用如下措施：①用圆锥液压涨套取代螺纹等轴向定位件；径向定位采用小锥度过盈配合或渐开线花键；滑移齿轮采用渐开线花键配合。

②采用三支承主轴。

③旋转零件的非配合面全部进行较精密的切削加工，并做动平衡。

④设置消振装置，增加阻尼。

可在较大的齿轮上切削出一个圆环槽，槽内灌注铅，主轴转动时，铅就会产生相对微量运动，消耗振动能量，从而抑制振动；如果是水平主轴，可采用动压滑动轴承，提高轴承阻尼；圆锥滚子轴承的滚子大端有滑动摩擦，阻尼比其他滚动轴承高，因而在极限转速许可的情况下，优先采用圆锥滚子轴承，增加滚动轴承的预紧力，也可增加轴承的阻尼。