13-11机械制造装备设计-部分习题解答

“机械制造装备设计”部分习题解答第一章：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？答：机械制造装备的柔性化是机床可以调整以满足不同工件加工的性能。

柔性化包括产品结构柔性化和功能柔性化。

按照柔性化从高到低排列应为：普通机床、数控机床、加工中心、FMS、组合机床（专用机床）。

普通机床柔性化表现在功能多、适应性强，为功能柔性化；数控机床和加工中心改变加工程序即可适应新的需要，结构柔性化；FMS加工效率较高，改变调度和程序可适应新的需要，为结构柔性化；组合机床（专用机床）生产率高，专门设计，适应性差，基本上无柔性。

1-9 机械制造装备设计有哪些类型？它们的本质区别是什么？答：机械制造装备设计类型有创新设计、变型设计和模块化设计三种类型。

它们的本质区别：创新设计是一种新的理论、概念的设计，变型设计是在原设计基础上改变部分部件、参数或者结构的设计，模块化设计是采用预先设计的模块进行组合的一种设计方法。

目前大多为变型设计，模块化设计缩短了新产品设计开发的时间，创新设计的产品很少。

1-15 设计的评价方法很多，结合机械制造装备设计，指出哪些评价方法较为重要，为什么？答：设计的评价方法有：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、标准化评价六种。

对于机械制造装备设计，这六种评价方法按重要程度由高向低排队一般是：可靠性评价、人机工程学评价、结构工艺性评价、标准化评价、技术经济评价、产品造型评价。

其原因是机械制造装备投资较大，使用周期较长。

为了保证产品质量、降低成本、提高可靠性和竞争能力，六种评价都是不可缺少的。

可靠性评价对产品质量与可靠性进行评价；人机工程学评价产品设计在人机工程方面的合理性；结构工艺性评价是对产品结构便于加工制造的性能进行评价，以降低生产成本，缩短生产时间；技术经济评价综合评价产品技术的先进性和经济的合理性；标准化评价是在标准化方面对产品进行评价；而产品造型评价是对产品的外观设计的合理性和新颖性进行评价。

1-17可靠性指的是什么？有哪些可靠性衡量指标？它们之间有哪些数值上的联系？答：可靠性是指产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定任务的能力。

衡量指标有：可靠度R(t)、累计失效概率F(t)、失效率、平均寿命和平均无故障工作时间、可靠寿命、维修度、修复率、平均修复时间等（P37-38）。

它们之间的主要联系：F(t)=1-R(t)。

1-18 从系统设计的角度，如何提高产品的可靠性？答：从系统设计角度，提高产品可靠性要提高其组成各单元的可靠性水平，因此要进行系统和单元可靠性的预测。

（P39）此外要将系统可靠性指标合理分配到各组成单元中，明确各组成单元的可靠性设计要求。

（P42）第二章：2-4 机床系列型谱含意是什么？答：先选择用量大的机床为“基型系列”，然后在此基础上派生出若干“变型系列”，基型和变型即为机床的系列型谱。

例如，中型卧式车床的简略系列型谱如表2-1所示（P76）。

2-8 工件表面的形成方法是什么？（P63）答：工件表面的形成方法有四种：轨迹法，如图2-2(a),(b)；成形法，如图2-2(c),(d)；相切法，如图2-2(e)；展成法，如图2-2(f)。

2-11 机床的复合运动、内联系传动链、运动轴的联动的含义及关系如何？（P69-71）答：机床的复合运动：运动之间有严格的运动关系（P65）。

如车床主轴旋转和车螺纹的纵向移动。

内联系传动链：机床执行件与执行件之间的传动链成为内联系传动链，内链将两个或以上的运动组成复合成形运动。

车床车螺纹的传动链即为内联系传动链。

运动轴的联动：数控机床各运动轴之间通过伺服电机联动可实现内链的复合成形运动，联动即为协调的运动。

2-14 机床运动功能式和运动功能图表达的含义是什么？答：运动功能式（P67）：表示机床运动的个数、形式（直线或回转运动）、功能（主运动、进给运动、非成形运动）及排列顺序，是描述机床运动功能最简洁的表达形式。

运动功能图（P68）：与机床运动功能式对应的图成为运动功能图，如图2-4，又称机床运动原理图。

2-18 机床运动分配式的含义是什么？（P70）答：运动分配式：带有接地符号“·”符号的运动功能式。

一个运动功能式可能有几种运动分配式。

如铣床运动功能式W /X f , Z f , Y f , C p /T ，可能有下列4种运动分配式：①W /·X f , Z f , Y f , C p / T②W /X f ·Z f , Y f , C p / T③W /X f , Z f ·Y f , C p / T④W /X f , Z f , Y f ·C p / T2-20 机床的主参数及尺寸运动参数根据什么确定？（P80-81）答：对于通用机床，机床的主参数及尺寸参数主要根据国家标准GB/T 15375-1994确定。

对于专用机床，应根据加工工件要求，参照通用机床的有关标准来确定。

机床的运动参数的确定主要依据所设计机床加工工件的尺寸、主传动类型和采用刀具的材质和类型等确定的。

比如车床的设计，一定材质的车刀所承受的切削速度是一定的，工件直径增大，主轴转速应减小；反之，工件直径减小，主轴转速应增大。

2-24 什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系的各传动组的级比指数有什么规律性？答：级比：主动轴上同一点传往从动轴相邻两传动线的比值；用i X ϕ表示；其中指数i X 称为级比指数，它相当于由相邻两传动线与从动轴交点之间相距的格数。

常规变速传动系的各传动组的级比指数有什么规律是：基本组的级比指数X 0=1；，第一扩大组的级比指数X 1=P 0（P 0基本组的传动副数）；第二扩大组的级比指数X 2=P 0P 1（P 1为第一扩大组的传动副数）。

如12级传动的传动结构式为13612322=⨯⨯，排列为基本组、一扩、二扩；下角标为级比指数。

2-26某车床的主轴转速为n =40～1800 r/min ，公比φ=1.41，电动机的转速n 电=1440 r/min ，试拟定结构式、转速图；确定齿轮齿数、带轮直径、验算转速误差；画出主传动系图。

解：(1)确定转速级数：根据教材式（3-2），lg =1lg n R Z ϕ+ 其中max min /1800/4045n R n n ===，所以转速级数 lg 45112.09712lg1.41Z =+=≈ (2) 确定传动结构式选择传动方案：12322=⨯⨯，考虑到主传动设计前密后疏的原则，传动结构式应为13612322=⨯⨯，(3)绘制转速图根据表3-6标准数列，经圆整可以得到12级转速为：40, 56, 80, 112, 160, 224, 315, 450, 630, 900, 1250, 1800确定定比传动比：取轴Ⅰ的转速值为900r/min ，则电机轴与轴Ⅰ的传动比为：090011440 1.6i == 确定各变速组最小传动比从转速点900 r/min 到40r/min 共有10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1格；第二变速组下降3格，第三变速组最小传动线下降4格，最大上升2格。

则，转速图如下：(a) 初步设计的转速图 (b) 最后确定的转速图(4)传动系图设计（包括计算齿轮齿数、带轮直径）参考教材p85，图3-13，可以得到本设计传动系图为(5)验算实际转速误差max 12536426014401800200364230n =⨯⨯⨯⨯=，与标注转速相比，没有误差； min 125242218144039.919200486272n =⨯⨯⨯⨯=，实际误差4039.9190.2025%40-=； 3151252422601440319.35200486230n =⨯⨯⨯⨯=，实际误差319.35315 1.38%315-=。

… …转速误差小于5%，符合设计要求。

2-27某机床主轴转速n =100～1120 r/min ，转速级数Z =8，电动机转速n 电=1440 r/min ，试设计该机床主传动系，包括拟定结构式和转速图，画出主传动系图。

解：(1)计算公比根据教材式（3-2），可以得到lg lg 1n R Z ϕ=-，由于max min 112011.2100n n R n === lg11.2lg 0.149888381ϕ==-， 所以 0.14988810 1.41ϕ=≈ (2)确定传动结构式根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：① Z=4×2； ② Z=2×4；③ Z=2×2×2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=2×2×2根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=21×22×24(3) 转速图的设计根据表3-6标准数列，经圆整可以得到8级转速为：100, 140, 200, 280, 400, 560, 800, 1120 r/min 确定定比传动比：取轴Ⅰ的转速值为800r/min ，则电机轴与轴Ⅰ的传动比为：080011440 1.8i ==确定各变速组最小传动比从转速点800 r/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(5)传动系简图设计2-28 试从 1.26, 18Z ϕ==级变速机构的各种传动方案中选出其最佳方案，并写出结构式、画出转速图和传动系图。

解：主传动最佳传动方案的传动结构式为 13918332=⨯⨯，基本组传动副为3，第一扩大组传动副为3，级比指数为3；第二扩大组传动副为2，级比指数为9。

根据标准数列表，取转速为：31.5, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600。

设电机转速为1440r/min 。

确定定比传动比：取轴Ⅰ的转速值为800r/min ，则电机轴与轴Ⅰ的传动比为：08001130=1440 1.8234i == 定比传动皮带轮的直径分别为130和234mm 。

确定各变速组最小传动比：从转速点800 r/min 到31.5r/min 共有14格，按照前缓后急的原则，基本组最小传动线下降2格，基本组相邻两变速组下降1格；第一变速组下降6格，其中相邻两变速组下降3格；第二变速组最小传动线下降6格，最大上升3格。