机械制造装备设计复习题及答案

机械制造装备设计复习题（一）及答案一、选择（10分，每小题1分）1．采用“消灭一切浪费”和“不断完善”，以最优的质量和最低成本的产品提供给市场，这种制造模式被称为 [ B ]。

A. “传统模式”B. “精益生产”C. “敏捷制造”D. “并行工程”2．利用金属的塑性变形，使坯料在工具的冲击力或静压力作用下成为具有一定形状和尺寸的工件，同时使其性能和金相组织符合一定的技术要求的机床，称为 [ D ]。

A. 挤压机B. 冲压机C. 轧制机D. 锻造机3．一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品，称为 [ A ]。

A. 纵系列产品 B. 横系列产品C. 跨系列产品D. 基型产品4．加工规定的试件，用试件的加工精度表示机床的精度，称为 [ D ]。

A. 几何精度B. 运动精度C. 传动精度D. 工作精度5．具有摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近、运动灵敏度高，但抗振性差为特点的导轨是[ C ]。

A. 滑动导轨B. 卸荷导轨C. 滚动导轨D. 动压导轨 6．一个四自由度平面关节型机器人，其运动功能式为[ B ]。

A. M O //4321γγγγ B. MZ O //321γγγC. M ZX O //21γγD. M XYZ O //γ7．以灵活性好，工作空间范围大，但刚度和精度较低为特点的机器人是[ A ]。

A. 关节型机器人 B. 求坐标型机器人 C. 圆柱坐标型机器人 D. 直角坐标型机器人 8．质量小、线胀系数小、弹性模量大、刚度大，在高速下温升低的轴承为[ D ]。

A.角接触球轴承 B. 双列短圆柱滚子轴承 C.圆锥滚子轴承 D. 陶瓷滚子轴承 9．背轮机构可把变速范围扩大到最大数值为[ D ]。

A. 8 B. 32 C. 4 D. 1610．制造方便，工艺性好，但磨损后很难调整和补偿间隙，主要用于受轴向负荷为特点的导轨为： [ D ]。

A. 矩形导轨B. 三角形导轨C. 燕尾形导轨D. 圆柱形导轨二、填空（20分，每小题1分）1．加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和___位置___的符合程度。

2．全自动是指能自动完成工件的上料、加工和卸料的生产全过程；半自动则需___人工___完成上下料。

3．在系列型谱中，不同规格的产品，同一种参数按一定规律（通常按___等比级数___）变化。

4．各类机床按精度可分为普通精度级、___精密级___和高精度级。

5．多数机床主轴转速是按__等比级数__排列。

6．为了限制转速损失的最大值A max不大于__50%__，则相应的公比ϕ不得大于2。

7．对于通用机床，一般取公比ϕ＝__1.26或1.41__；8．主轴的变速范围应等于主变速传动系中各变速组变速范围的__乘积__。

9．双公比变速传动系是在常规变速传动系基础上，通过改变基本组的__级比指数__演变来的。

10．一端固定的优点是轴受热后可以向另一端___自由伸长___，不会产生热应力。

11．最严重情况时，齿轮处于轴的中部时，应验算在齿轮处轴的挠度；当齿轮处于轴的两端附近时，应验算齿轮的__倾角__，此外还应验算轴承的倾角。

__略小于__无级变速装12．为了得到连续的无级变速，设计时应该使分级变速箱的公比f置的变速范围R，d13．进给传动与主传动不同，驱动进给运动的传动件是___恒转矩___传动。

14．机床主轴旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和__调整__精度。

15．满足结构要求的前提下，设计主轴时应尽量__缩短__悬伸量。

16．磁浮轴承特别适用于高速、__超高速__加工。

17．选取轴承精度时，前轴承的精度要选得高一点，一般比后轴承精度__高一级__。

18．支承件的主要功能是保证机床各零部件之间的相互位置和__相对运动__精度。

19．导轨的功用是承受载荷和__导向__。

20．非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而__无磨损__、无噪声、寿命长、反应速度快。

三、问答（15分，每小题3分）1．系列型谱内的产品是在基型产品的基础上经过演变和派生而扩展成的。

扩展的方式有哪几种？答：（1）纵系列产品：纵系列产品是一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品。

（1分）（2）横系列产品：横系列产品是在基型产品基础上，通过增加、减去、更换或修改某些零部件，实现功能扩展的派生产品。

（1分）（3）跨系列产品：跨系列产品是采用相同的主要基础件和通用部件的不同类型产品。

（1分）2．进给系统采用有级变速方式时，如何确定进给量？采用有级变速方式时，进给量一般为等比级数，其确定方法与主轴转速的确定方法向同。

首先根据工艺要求，确定最大、最小进给量f max 、f min ，然后选择标准公比f ϕ或进给量级数Z f ,再由式1lg lg +=ϕn R z 求出其它参数。

（2分）但是，各种螺纹加工机床如螺纹车床、螺纹铣床等，因为被加工螺纹的导程是分段等差级数，故其进给量也只能按等差级数排列。

（1分） 3．试述主变速传动系统设计的一般原则？1）传动副前多后少原则，可简称“前多后少”原则。

（1分）2）传动顺序与扩大顺序相一致的原则，可简称“前密后疏”原则。

（1分）3）变速组的降速要前慢后快，中间轴的转速不宜超过电动机的转速。

可简称“前慢后快”原则。

（1分）4．主传动系统齿轮齿数确定后，如何验算转速误差是否在允许范围之内？答：齿轮齿数确定后，还应验算一下实际传动比（齿轮齿数之比）与理论传动比（转速图上给定的传动比）之间的转速误差是否在允许范围之内。

一般应满足 式中，'n 为主轴实际转速；n 为主轴的标准转速；ϕ为公比。

5．试述小于m 1μ的微量进给机构有哪些传动？答：小于m 1μ的进给机构有弹性力传动、磁致伸缩传动、电致伸缩传动、热应力传动等。

四、分析推导（15分，每小题5分） 1．试述系列化设计的优点有那些？答：1)可以用较少品种规格的产品满足市场较大范围的需求。

减少产品品种意味着提高每个品种产品的生产批量，有助于降低生产成本，提高产品制造质量的稳定性。

2)系列中不同规格的产品是经过严格性能试验和长期生产考验的基型产品演变和派生而成的，可以大大减少设计工作量，提高设计质量，减少产品开发的风险，缩短产品的研制周期。

3）产品有较高的结构相似性和零部件的通用性，因而可以压缩工艺装备的数量和种类，有助于缩短产品的研制周期，降低生产成本。

4)零备件的种类少，系列中的产品结构相似，便于进行产品的维修，改善售后服务质量。

5)为开展变型设计提供技术基础。

2．试述主轴转速数列采用等比级数排列的主要原因？答：主要原因如下：如某一工序要求的合理转速为n ，但在z 级转速中没有这个转速，n 处于n j 和n j+1之间，即n j ＜n ＜n j+1，若采用比n 转速高的n j+1，由于过高的切削速度会使刀具寿命下降。

为了不降低刀具寿命，一般选用比n 转速低的n j 。

这将造成（n -n j ）的转速损失，相对转速损失率为nn n A j-=(2分)在极端情况下，当n 趋近于n j+1时，如仍选用n j 为使用转速，产生的最大相对转速损失率为111max 1+++-=-=j j j jj n n n n n A (1分)在其它条件（直径、进给、背吃刀量）不变的情况下，转速的损失就反映了生产率的损失，对于各级转速选用机会基本相等的普通机床，为使总生产率损失最小，应使选择各级转速产生的m ax A 相同，即const 1111max =-=-=+++j j j jj n n n n n A 或ϕ1const 1==+j j n n (1分)可见任意两级转速之间的关系应为ϕj j n n =+1 (1分)此外，应用等比级数排列的主轴转速，可借助于串联若干个滑移齿轮来实现。

使变速传动系统简单并且设计计算方便。

3．举例说明何种机床主运动为恒转矩传动，何种机床主运动为恒功率传动？答：由切削理论得知，在背吃刀量和进给量不变的情况下，切削速度对切削力的影响较小。

因此，主运动是直线运动的机床，如刨床的工作台，在背吃刀量和进给量不变的情况下，不论切削速度多大，所承受的切削力基本是相同的，驱动直线运动工作台的传动件在所有转速下承受的转矩当然也基本是相同的，这类机床的主传动属恒转矩传动。

主运动是旋转运动的机床，如车床、铣床等机床的主轴，在背吃刀量和进给量不变的情况下，主轴在所有转速下承受的转矩与工件或铣刀的直径基本上成正比，但主轴的转速与工件或铣刀的直径基本上成反比。

可见，主运动是旋转运动的机床基本上是恒功率传动。

五、计算题（本大题共21. 答：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==100000001001000010*******00000001100001000000100010*********]][][][][[][22222222211111111102221110,0ββββααααC S a S C C S S C c C S S C C S S C c T T T T T T m m （5分） 式中：ο90==βα，11cos θ=C ，22cos θ=C ，11sin θ=S ，22sin θ=S （1分）⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++---=100][0122222122121121221211,0c c S a S C C S a C S S S CC C a C C S C S T m （4分） 2. 图示为三自由度的机械传动手腕的机构简图，试求当S 、T 轴不转，B 轴以B n 转动时，驱动壳体9的俯仰运动9n ，及由9n 诱导出齿轮7的自转运动''7n 。

（10分）答：B 轴单独旋转时，驱动壳体9的俯仰运动9n 为：B B n Z Z ZZ n Z Z Z Z Z Z n 111412151114131213159==（4分）由于壳体9的转动，也将引起圆锥齿轮7作行星运动：由9n 诱导出齿轮7的自转运动''7n 为：76969''7Z Z n n n n -=-- 06=n Θ，9776''7n Z Z Z n +=∴，产生诱导运动9n B n Z Z Z Z Z Z Z n 14117151276''7)(+=∴（6分）六、综合应用（本大题共2题，每小题10分，共20分）1. 设计一台8级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为n max = 1000 r/min 。

要求采用转速为1440/710 r/min 的双速电机。

（10分）（1）．写出结构式（2分） （2）．求出公比ϕ（1分）（3）．验算最后变速组的变速范围（1分） （4）．分配降速比（2分） （5）．画出转速图（4分） 答：（1）结构式：4122228⨯⨯=（2分） (2) 公比ϕ：27101440)12(2)1(≈===--ϕϕp x r 电Θ； 1.412==∴ϕ（1分）（3）最后变速组的变速范围841.41)12(4)1(≤===--p x r ϕ 合格（1分） （4）分配降速比1m inm ax-==z n n n R ϕ； 25.9041.11000181maxmin ===∴--z n n ϕ r/min ， 取90min =∴n r/min4206011.6min111141.119071011ϕϕϕϕ⨯⨯=≈==n n 电（2分） （5）绘制转速图（5分）2. 如图左右旋丝杠平移型夹持器中，夹紧力N F 和驱动力p F 之间的关系式，并讨论该夹持器的特性。