机械系统设计习题(有答案版)

第一章绪论
1、系统：
具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。

2、机械系统的组成：
1、动力系统。

2、执行系统。

3、传动系统。

4、操纵、控制系统。

5、支承系统。

6、润滑、冷却与密封系统。

3、产品设计类型：完全创新设计、适应性设计、变异性设计。

4、机械系统的设计要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本六方面的要求。

5、产品的产生过程分哪几个阶段？
产品策划---产品设计---产品生产---产品运转---产品报废或回收。

6、产品的设计过程分哪几个阶段？
功能原理方案设计阶段---结构总体设计阶段---技术设计阶段
第二章机械系统总体设计
1、功能原理方案设计步骤
设计任务-求总功能-总共能分解-寻求子功能解-原理解功能-评价与决策-最佳原理方案
2、什么是“黑箱法”：根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。

3、功能元、功能结构
功能元：在一个系统中，总功能可以分解为一些分功能，其中可以分解到最低层次的分功能，并且分解到最后不能再分解的基本功能单位叫做功能元。

功能结构：将总功能分解为分功能，并相应找出实现各分功能的原理方案，从而简化了实现总功能的原理构思。

反之，同一层次的功能单位组合起来，应能满足上一层次功能的要求，最后组合成的整体应能满足总功能的要求。

这种功能的分解和组合关系称为功能结构。

4、机械系统总体参数包括哪些
性能参数、结构参数、尺寸参数、运动参数、动力参数。

5、七个标准公比为：1.0
6、1.12、1.26、1.41、1.58、1.78和2。

6、公比φ、变速范围R n与级数Z间的关系。

Z=lgRn/lgφ+1
第三章执行系统设计
1、执行系统的组成：由执行末端和与之相连的执行机构。

2、以机床执行轴机构——主轴组件为例介绍执行轴机构设计的内容和要求。

（略）书61页
3、执行轴（主轴）的结构通常设计成阶梯形状，一种是中间粗两边细，另一种是由主轴前端向后端逐步递减的阶梯状；
4、轴承的精度分为P2、P4、P
5、P6 和 P0 五级，精度依次由高级到低级，此外，又规定了 SP 级和 UP 级作为补充。

5、什么是选配法？（略）书85页
6、导轨的设计内容
根据工作情况选择合适的导轨类型；根据导向精度要求及制造工艺性，选择导轨的截面形状；选择合适的导轨材料，热处理及精加工方法；确定导轨的结构尺寸，进行压强和压强分布等的验算；设计导轨磨损后的补偿及间隙调整装置；设计良好的防护装置及润滑系统。

第四章传动系统设计
1、确定传动系统的传动顺序，一般遵循传动副“”的原则，在转速图上表现为齿数比连线分布“”的原则；分配传动组的传动比，降速时宜采用“”的原则。

2、转速图是由“三线一点”即轴线、转速线、
传动线和转速点组成。

3、级比与级比指数
（略）书142页，传动比分配方程4-2，不解释。

4、写出图中结构网的结构式形式。

12=3[1]*2[3]*2[6]
5、拟定变速系统时：
1）公比取得太大和太小各有什么缺点？较大的（Φ≥1.58）、中等的（Φ＝1.26，1.41）、较小的（Φ≤1.12）标准公比各适用哪些场合？
2）若采用三速电动机，可以取哪些标准公比？
6、已知某种管制品变速传动系统中，电机转速为1400r/min,工作主轴转速n=45~250r/min,变速级数为6级，请设计传动系统。

(1) 确定结构式；
(2) 确定传动链中是否需要定比传功副；
(3) 拟定转速图。

7、已知某普通机床的主轴转速为标准等比数列，其变速级数为Z＝12，其中n8＝250r/min,且主轴的计算转速为n j＝63r/min。

求该机床主轴的各级转速。

（15分）
（普通机床等公比传动的计算转速
1
3
min
-
=
z
j
n
nϕ）
图4-15 12级传动系统的结构网
8、机床主传动的转速图如图所示，已知主轴的计算转速为n j＝63r/min,试确定：
(1)第一扩大变速组的级比、级比指数、变速组的变速范围（以Φx的形式表示）；
(2)各中间传动轴的计算转速；
(3)各齿轮的计算转速。

第五章支承系统设计
1、支承件的变形一般包括自身变
形、局部变形和接触变形三部分
2、接触刚度K j=平均压强P/变形量
3、由不同截面形状惯性矩的相对
值可以看出：空心截面惯性矩比实
心的大；方形截面抗弯能力大，
圆形截面抗扭能力强，矩形截面抗
弯能力更好。

4、模态：振型与固有频率合称模态。

（书184页）
5、提高动刚度的措施：
动刚度是共振状态下激振力幅值与振幅之比，所以想要提高静刚度和阻尼比都可以提高动刚度，还可以降低受迫振动的幅值来提高动刚度。

6、机器基础的结构型式主要有几种:块式、柜架式、墙式、板式。

第六章控制系统
1、随动控制系统：又称伺服系统，其给定信号时未知规律变化的任意函数的控制函数。

2、典型闭环系统的组成包括哪些环节
给定环节、测量环节、比较环节、矫正及放大环节、执行环节。

3、反映系统响应特性的性能指标有哪些？
动态性能：阻尼特性，响应速度
静态性能：稳态误差
第七章操纵系统与安全系统
1、操纵系统的组成
操纵件、变送环节、执行件
2、简述互锁机构的定义，并叙述下图中机构的互锁原理。

图（a）图（b）
互锁机构：为防止操作的误动作或向干涉而引起事故，对那些不允许同时动作的运动之间起到定位左右的装置。

（图a）通过通过啮合的方式定位，两个中心轴定位，右面的轮子利用凹槽是自身不能旋转，左面的轮子可以自由旋转。

（图b）通过插销方式定位，中间的锥形销可以固定上面的滑动杆保持不能左右移动，而不能限制下面滑动杆的动作。

3、设计带式制动器时，以下两种方案哪个更为合理，为什么?
左面的合理（理由略）
第八章润滑系统
1．简述选用各种润滑剂的原则？
润滑剂类型为稀油和干油两大类：
稀油润滑一般用于下列情况：
①除完成润滑任务外，还需要带走摩擦表面产生的热量者；
②须能够保证滑动平面间为液体摩擦者：液体摩擦轴承、告诉移动的移动平面之间、止推滑动轴承等；
③能够用简易的手段向啮合传动机构本身及其轴承、同时提供一种润滑剂的情况；
④除润滑外，还需要清洗摩擦平面并保持清洁状态者；
⑤相同情况下，易于对轴承进行密封并能很好防止润滑外溢者。

干油润滑一般用于下列情况：
①粘性很好，并能附着在摩擦平面上，不易流失及飞溅，多用于作往复转动及短期工作制的重载荷低转速的滑动轴承上；
②密封性好，且给油方便；
③很实用于低速的滚动轴承润滑，可长时间不用加油，维护方便；
④防护性能很好，能保护裸露的摩擦表面免受机械杂质及水等的污损。

2．润滑油（剂）大致有几种供应方法？
一、稀油润滑的供油方式：单体润滑、油环润滑、油雾润滑、油池润滑、集中循环润滑。

二、润滑脂的供应方式：单独手工给油、手动（电动）干油、中央手动自动供油站等。