机械制造装备设计复习题.pdf

1/9 复习题 一、选择题 1.下面哪一项不属于数字化制造支撑技术。A.虚拟现实 B.计算机网络 C.快速原型 D.LAF 生产系统 2.下面哪一项不属于现代生产和管理技术。A.“刚性”生产 B.准时生产 C.快速可重组制造 D.并行工程 3.机床的总体结构方案设计中，刀具只有旋转运动的运动分配式为 。A.TCYZXWpfff/,/B.TCYZXWpfff/,/C.TCYZXWpfff/,/D.TCYZXWpfff/,/4.与机床振动无直接关联的因素是 。A.机床刚度 B.机床阻尼 C.机床系统固有频率 D.机床热变形 5.用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工的机床，称为 。A.通用机床 B.专用机床 C.专门化机床 D.数控机床 6.为 防 止 爬 行，在 设 计 低 速 运 动 部 件 时，主 要 应 采 取 下 列 那 项 措 施。A.提高传动精度 B.提高抗振能力 C.减少热变形 D.减少静、动摩擦系数之差 7.下面哪一项不属于机械进给传动系的设计特点。A.前密后疏 B.恒转矩传动 C.前疏后密 D.采用传动间隙消除机构 8.下 列 哪 一 项 不 属 于 主 变 速 传 动 系 设 计 中 扩 大 变 速 范 围 的 方 法。A.增加变速组 B.采用分支传动 C.采用双公比传动系 D.采用交换齿轮 9.在系列型谱中，结构最典型、应用最广泛的是所谓的 。A.纵系列产品 B.横系列产品 C.跨系列产品 D.基型产品 10.可 加 工 多 种 尺 寸 和 形 状 的 工 件 的 多 种 加 工 面 的 机 床，称 为 。A.通用机床 B.专用机床 C.专门化机床 D.数控机床 11.下 面 哪 一 项 不 属 于 主 变 速 传 动 系 设 计 的 一 般 原 则。2/9 A.前密后疏 B.前多后少 C.前疏后密 D.前慢后快 12.下 列 哪 一 项 不 属 于 主 变 速 传 动 系 设 计 中 扩 大 变 速 范 围 的 方 法。A.增加变速组 B.采用分支传动 C.采用双公比传动系 D.采用多速电机 13.机床上用来完成工件一个待加工表面几何形状的生成和金属的切除任务的运动，称为 。A.表面成形运动 B.表面非成形运动 C.独立运动 D.复合运动 14下列哪一项不是影响机床振动的主要原因 。A.机床的刚度 B.机床的阻尼特性 C.机床系统固有频率 D.机床的热变形 15沿斜置坐标系的Z轴运动可表示为：。A.Z B.pZ C.fZ D.aZ 16 最大相对转速损失率为 29%的标准公比是 。A.1.12 B.1.26 C.1.41 D.1.58 17 设计机床主变速传动系时，为避免从动直齿圆柱齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限制降速最小传动比为 。A.2min主u B.4/1min主u C.5.2min主u D.5/1min主u 18 下列为双公比变速传动系的结构式为 。A.8412222216 B.8452222216 C.8421222216 D.8642222216 19.两个方向的推力轴承分别布置在前、后两个支承处的配置形式称为 。A.前端配置 B.后端配置 C.两端配置 D.中间配置 20.提高支承件结构热稳定性的主要方法中，不包括下列哪项。A.控制温升 B.采用热对称结构 C.改善阻尼特性 D.采用热补偿装置 二、填空 1.滚珠丝杠的支承方式中，一端固定，另一端自由方式，常用于短丝杠和_ _。2.丝杠传动的综合拉压刚度主要由丝杠的拉压刚度，支承刚度和_ _三部分组成。3/9 3.主轴前轴颈直径一般按机床类型、主轴传递的_ _或最大加工直径选取。4.支承件结构的合理设计是应在最小质量条件下，具有最大_ _。5.开式导轨的特点是结构简单，但不能承受较大_ _力矩的作用。6.磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料_ _强弱不同，通过感应线圈读取代码。7.滚珠丝杠的支承方式中，两端固定，用于长丝杠或_ _，要求高拉压刚度的场合。8.丝杠的预拉伸量应能补偿丝杠的_ _。9.卧式车床的主轴孔径 d 通常不小于主轴平均直径的_ _。10.支承件结构的静刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度，均与截面惯性矩成_ _。11.运动功能设计包括确定机床所需运动的个数、形式、功能及排列顺序，最后画出机床的运动_ _图。12.工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的，有_ _、成形法、相切法和展成法。13.公比值小则相对转速损失_ _。14.进给运动消耗的功率远_ _于主传动功率。15.在变速传动系中，既是前一变速组的从动齿轮，又是后一变速组的主动齿轮，称为_ _齿轮。16.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_ _演变来的。17.最严重情况时，齿轮处于轴的中部时，应验算在齿轮处轴的_ _。18.为了扩大恒功率调速范围，在变速电动机和主轴之间串联一个_ _。19.基本参数设计包括尺寸参数、运动参数和_ _参数设计。20.工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的，有轨迹法、_ _、相切法和展成法。21.公比值小，当变速范围一定时变速级数将_ _。22.快速运动电动机起动时消耗的功率_ _。23.采用公用齿轮可以_ _齿轮的数目，简化结构，缩短轴向尺寸。24.如要演变成双公比变速传动系，基本且的传动副数0P常选为_ _。25.最严重情况时，当齿轮处于轴的两端附近时，应验算齿轮的_ _。26.无级变速装置作为传动系中的基本组，而分级变速作为扩大组，其公比f理论上应等于无级变速装置的_ _。27.传动系统设计包括传动方式、传动原理图及传动_ _图设计。28.工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的，有轨迹法、成形法、_ _和展成法。29.公比值小，当变速范围一定时变速级数将增多，变速箱的结构_ _。30.无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速，以便得到最有利的_ 。三、问答题 1.在设计分级变速箱时，考虑机床结构复杂程度，运转平稳性要求等因素，变速箱公比的选取有哪几种情况?答：1）变速箱的公比f等于电动机的恒功率调速范围dNR，即dNfR，功率特性图是连续的，无缺口和无重合。2）若要简化变速箱结构，变速级数应少些，变速箱公比f可取大于电动机的恒功率调4/9 速范围dNR，即沪dNfR。这时，变速箱每档内有部分低转速只能恒转矩变速，主传动系功率特性图中出现“缺口”，称之功率降低区。使用“缺口”范围内的转速时，为限制转矩过大，得不到电动机输出的全部功率。为保证缺口处的输出功率，电动机的功率应相应增大。3）如果数控机床为了恒线速切削需在运转中变速时，取变速箱公比甲；小于电动机的恒功率变速范围，即dNfR，在主传动系功率特性图上有小段重合。2.试导出主轴变速箱设计中，变速范围nR、公比和级数 Z 之间的关系式？答：目前，多数机床主轴转速是按等比级数排列，则转速数列为 min1nn，min2nn，2min3nn，1minzznn 由等比级数规律可知1minmaxznnnR；即 )1(znR 两边取对数，可写成lg)1(lg zRn；故 1lglgnRz 3.试述何为爬行？对机床和工件加工有何影响？如何防治？答：1）机床上有些运动部件，需要作低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运自，从动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象。这中在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。2）机床运动部件产生爬行，会影响机床的定位精度、工件的加工精度和表面粗糙度。在精密、自动化及大型机床上，爬行的危害更大。3）防止爬行，在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦系数之差；提高传动机构的刚度和降低移动件的质量等。4.小于m1的微量进给机构有哪几种？答：1）弹性力传动是利用弹性元件（如弹簧片、弹性模片等）的弯曲变形或弹性杆件的拉压变形实现微量进给。适用于作补偿机构和小行程的微量进给。2）磁致伸缩传动是靠改变软磁材料（如铁钻合金、铁铝合金等）的磁化状态，使其尺寸和形状产生变化，以实现步进或微量进给。适用于小行程微量进给。3）电致伸缩是压电效应的逆效应。当晶体带电或处于电场中，其尺寸发生变化，将电能转换为机械能以实现微量进给。其进给量小于m5.0，适用于小行程微量进给。4）热应力传动是利用金属杆件的热伸长驱使执行部件运动，来实现步进式微量进给，进给量小于m5.0，其重复定位精度不太稳定。5.有哪些提高支承件结构性能的措施？答：（1）提高支承件的静刚度和固有频率，主要方法是：1）根据支承件受力情况合理地选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚，合理地布置肋板和肋条；2）可以用有限元方法进行定量分析，以便在较小质量下得到较高的静刚度和固有频5/9 率；3）改善支承件间的接触刚度以及支承件与地基联结处的刚度。（2）提高动态特性，1）改善阻尼特性，2）采用新材料制造支承件。（3）提高热稳定性，1)控制温升，2)采用热对称结构，3)采用热补偿装置。6.试述导轨有哪些组合形式？各有何特点？（1）双三角形导轨，不需要镶条调整间隙，接触刚度好，导向性和精度保持性好。但是，工艺性差，加工、检验和维修不方便。多用在精度要求较高的机床中，如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。（2）双矩形导轨，承载能力大，制造简单。多用在普通精度机床和重型机床中，如重型车床、组合机床、升降台铣床等。（3）矩形和三角形导轨的组合，这类组合的导向性好，刚度高，制造方便，应用最广。如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。（4）矩形和燕尾形导轨的组合 能承受较大力矩，调整方便，多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。7.试述陶瓷滚动轴承得特性。答：陶瓷滚动轴承的材料为氮化硅(Si3N4),密度为33kg/m102.3，仅为钢(33kg/m108.7)的 40%，线膨胀系数为C/103o6，比轴承钢小得多（C/105.12o6），弹性模量为 315GPa，比轴承钢大。在高速下，陶瓷滚动轴承与钢制滚动轴承相比：质量小，作用在滚动体上的离心力及陀螺力矩较小，从而减小了压力和滑动摩擦；滚动体线胀系数小，温升较低，轴承在运转中预紧力变化缓慢，运动平稳；弹性模量大，轴承的刚度增大。8.试述磁浮轴承的特点?1）磁浮轴承的特点是无机械磨损，理论上无速度限制；2）运转时无噪声，温升低、能耗小；不需要润滑，不污染环境，省掉一套润滑系统和设备；3）能在超低温和高温下正常工作，也可用于真空、蒸汽腐蚀性环境中。4）装有磁浮轴承的主轴可以适应控制，通过监测定子绕组的电流，灵敏地控制切削力，通过检测切削力微小变化控制机械运动，以提高加工质量。5）因此磁浮轴承特别适用于高速、超高速加工。9.试述提高支承件结构性能的措施?答：(1)提高支承件的静刚度和固有频率(2)提高动态特性 1)改善阻尼特性 2)采用新材料制造支承件(3)提高热稳定性 1)控制温升 2)采用热对称结构 3)采用热补偿装置 四、计算题 1.设计一台 8 级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为 nmax=1400 r/min。要求采用转速为 1440/710 r/min 的双速电机。（1）写出结构式 6/9（2）求出公比 （3）验算最后变速组的变速范围 （4）分配降速比 （5）画出转速图 答：（1）结构式：4122228（2）公比：27101440)12(2)1(pxr电；1.412 （3）最后变速组的变速范围841.41)12(4)1(pxr，合格。（4）分配降速比 1minmaxznnnR；35.12641.11400181maxminznn r/min，取125minn r/min 3205055.5min111141.1112571011nn电（5）绘制转速图 2.根据图示某车床主传动系统转速图，回答下列问题？（1）写出其结构式 （2）写出-轴间变速组的变速范围 （3）轴变速范围公式及其大小 （4）找出各轴的计算转速 （5）找出轴上齿轮的计算转速 采用双速电机的车床主传动系统电7/9 答：（1）结构式：63122312；（2）841.1)12(6)1(pxr；（3）4441.11111)12(6)12(3)13(1321rrrRn 或445.311400minmaxnnRn；（4）9041.15.31131213minzjnn r/min （5）轴号 I II III nj 710 355 125 90 齿轮 Z18 Z60 Z62 Z42 nj 355 125 125 355 8/9 3.试求两自由度机器人运动功能矩阵T0,m。x0ymzmz1x1z0c0a1o0z2y2c2o1omo2 1000100001000011000100001000011000010000010010100000010010100100001000000100010000100001100010000100001100010000100001100001000000100000001001000010000001000100001000012211111022111111111111102221110,0cZaCSSCccZCSSCCSaSCCSSCcTTTTTTmm 式中：90，11cosC，11sinS，1000010000122111122111,0caZcSSCaZcCCSTm 9/9 4.试求两自由度平面机器人运动功能矩阵T0,m。x0y0ymxmy1x2L1L221x1y1O1=O0O2 答：100001000010001100001000000100001000010001100001000000222221111122211,0lCSSClCSSCTTTTTmm 式中：11cosC，22cosC，11sinS，22sinS 1000010000112121212112121212,0lSlSCSlClCSCTm 式中：)cos(2112C，)sin(2112S 平面机器人