02210机械制造装备设计第4版课后习题答案(李庆余).doc.pdf

机械制造装备设计第4 版第一章习题参考答案1-1机床应满足哪些基本要求？什么是人机关系？机床应具有的性能指标:1、工艺范围；2、加工精度；3、生产率和自动化；4、可靠性；人机关系：使机床符合人的生理和心理特征，实现人机环境高度协调统一，为操作者创造一个安全、舒适、可靠、高效的工作条件；能减轻操作者精神紧张和身体疲劳。机床的信号指示系统的显示方式、显示器位置等都能使人易于无误地接受；机床的操纵应灵活方便，符合人的动作习惯，使操作者从接收信号到产生动作不用经过思考，提高正确操作的速度，不易产生误操作或故障。机床造型应美观大方，色彩协调，提高作业舒适度。另外，应降低噪声，减少噪声污染。1-2机床设计的内容和步骤是什么？机床设计大致包括总体设计，技术设计，零件设计，样机试制和试验鉴定四个阶段。1-3机床的总体方案拟定包括什么内容？机床总布局的内容和步骤是什么？总体设计：1、掌握机床的设计依据；2、工艺分析；3、总体布局；4、确定主要的技术参数机床总体布局：1、分配机床运动；2、选择传动形式和支承形式；3、安排操纵部位；4、拟定提高动刚度的措施。1-4机床分配运动的原则是什么？驱动型式如何选择？机床运动的分配应掌握四个原则：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。机床的主传动按驱动电动机类型分为交流电动机驱动和直流电动机驱动。交流电动机驱动又分为单速电动机、双速电动机及变频调速电动机驱动。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，它传递功率大，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。随着变频调速技术的迅速发展，变频调速多楔带齿轮传动组合的传动已成为机床主传动的主导形式。液压无级变速传动平稳，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（齿轮副、丝杠螺母副、齿轮齿条等）或液压无级传动。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。设计时根据具体情况，以满足使用要求为原则，合理选定。1-5机床的尺寸参数包括的哪些参数？如何确定？机床的尺寸参数是指影响机床加工性能的一些尺寸。主参数代表机床的规格的大小，是最重要的尺寸参数。另外，机床尺寸参数还包括第二主参数和一些重要的尺寸。1-6怎样减少机床的振动，减小齿轮的噪声值？对来自机床外部的振源，最可靠最有效的方法就是隔离振源。应尽量使主运动电动机与主机分离，并且采用带传动（如：平带传动、V 带传动、多楔带传动等）驱动机床的主运动，避免了电机振动的传递。对无法隔离的振源（如：立式机床的电动机）或传动链内部形成的振源，则应：选择合理的传动形式（如：采用变频无级调速电机或双速电机），尽量减短传动链，减少传动件个数，即减少振动源的数量；提高传动链各传动轴组件，尤其是主轴组件的刚度，提高其固有角频率；大传动件应作动平衡或设置阻尼机构；箱体外表面涂刷高阻尼涂层，如机床腻子等，增加阻尼比；提高各部件结合面的表面精度，增强结合面的局部刚度。自激振动，与机床的阻尼比，特别是主轴组件的阻尼比，刀具以及切削用量，尤其是切削宽度密切相关。除增大工作部件的阻尼比外，还可调整切削用量来避免自激振动，使切削稳定。减少热变形最简单最有效的方法是隔离热源。除将电动机尽量与主机分离外，液压泵、液压阀、油箱等应与主机隔离，减少传给机床的热量，从而减小机床热变形。加强空气流通，改善环境温度，也是减少热变形的有效措施之一。不能分离的热源，应采用以下措施：产生热量较大的热源，进行强制冷却。如切削液冷却加工部位，压力润滑油循环冷却主轴轴承等。精密机床可在恒温下加工；热源相对结构对称，热变形后中心位置不变。如卧式车床主轴水平位置基本对称，机床温度升高后，机床主轴水平位移很小；改善排屑状态。数控车床的床身导轨倾斜于主轴后上方，使切屑在自重作用下落入下面小车中或切屑输送机上，切屑不与床身和导轨副接触，避免了切屑携带的切削热传给床身导轨，减少了热变形。减少齿轮噪声的措施：缩短传动链，减少传动件的个数；采用小模数、硬齿面齿轮，降低传动件的线速度。实践证明：线速度降低50%，噪声降低6db；提高齿轮的精度；采用增加齿数、减小压力角或采用斜齿圆柱齿轮，增加齿轮啮合的重合度，机床齿轮的重合度应不小于 1.3；提高传动件的阻尼比，增加支承组件的刚度。1-7机床的主运动参数如何确定？等比传动有何优点？通用机床公比选用原则是什么？不同的机床，对主运动参数的要求不同。专用机床和组合机床是为特定工件的某一特定工序而设计的，每根主轴只有一种转速，根据最佳切削速度而定。通用机床是为适应多种工件加工而设计的，工艺范围广，工件尺寸变化大，主轴需要变速。因此需确定主轴的变速范围，即最高转速、最低转速。主运动可采用无级变速，也可采用分级变速。如果采用分级变速，则还应确定转速级数。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？1.061.121.261.411.581.782公比越小，最大相对转速损失率 Amax就小；但变速范围也随之变小，要达到一定的变速范围，就必须增加变速组数目、增加传动副个数，使结构复杂。对于中型机床，公比一般选取 1.26 或 1.41；对于大型重型机床，加工时间长，公比应小一些，一般选取1.26、1.12 或 1.06；非自动化小型机床，加工时间小于辅助时间，转速损失对机床劳动效率影响不大，为使机床结构简单，公比可选大一些，可选择 1.58、1.78，甚至 2。专用机床原则上不变速，但为适应技术进步，可作适当性能储备，公比可选择 1.12、1.26。数控机床分级传动的公比不是为标准值。1-9机床的动力参数如何选择？数控机床与普通机床的动力参数确定方法有什么不同？1、机床主运动的功率P主为P主 P切 P空 P附普通机床主运动的功率根据计算转速，典型工艺参数确定。普通机床主运动电动机，恒速转动，无恒转矩转速段。数控机床主轴电动机既有恒功率转速，又有恒转矩转速范围；主运动功率根据计算转速、恒功率变速范围、典型工艺参数确定。进给运动电动机功率的确定：2、普通机床进给运动电动机功率的确定：进给运动与主运动合用一台电动机时，可不单独计算进给功率，而是在确定主电动机功率时引入一个系数k，机床主电动机功率为P主P切机kP空进给运动中工作进给与快速移动合用一台电动机时，快速电动机满载起动，且加速度大，所消耗的功率远大于工作进给功率，且工作进给与快速移动不同时进行。所以该电动机功率按快速移动功率选取。数控机床属于这类情况。进给运动单独使用一台电动机时，进给运动电动机功率Pf按下式计算PfQvf60000f3.快速移动电动机功率的确定交流异步快速移动电动机功率的确定快速移动电动机起动时间短、移动部件加速度大。在较短时间内（0.51s），使质量较大的移动部件达到所需的移动速度，电动机一方面要克服移动部件和传动系统的惯性力，使其起动并迅速加速；另一方面电动机需克服移动部件因移动而产生的摩擦力。起动过程中消耗的功率P由克服惯性力所需功率P1和克服摩擦力所需的功率P2组成。移动部件在起动过程中，是匀加速运动，平均速度是vmax/2，但由于起动时间短，计算电动机起动功率时可按最大移动速度计算。当移动部件达到所需的移动速度后，移动部件变为恒速运动，电动机仅需克服移动部件的摩擦力就能维持其运动，即快速移动时所消耗的功率为P2。因此，快速移动电动机的功率应按起动时所需功率选取，即由于电动机起动转矩大于额定转矩，而电动机的功率是按连续工作状态确定的，起动功率折算成连续（额定）功率为P PManP1 P22k19550k1k1伺服电动机选择：1）进给运动的平稳性伺服电动机的转子由永磁材料制成，是同步型电动机，即只要电磁驱动转矩大于负载转矩，电动机转速与定子磁场转速相等，且进给运动速度不受切削负载变化的影响；数控进给系统属恒转矩特性，为使进给运动平稳，伺服电动机的额定转矩Me应不小于最大切削负载转矩MLMeML(FmaxPh Mf 1 Mf 2)i20002)起动转矩和加速特性伺服电动机可用式1-16计算所需起动转矩，交流伺服电动机ta为伺服系统时间常数的一半。由工作台的移动速度v niPh30Phi/，得工作台的加速时间ta和加速度ata(JMJL)nmax30Mamaxa MamaxPhnvi maxPhi maxJM JL260ta60ta机械制造装备设计第3 版第二章习题参考答案2-1 何谓转速图中的一点三线？机床的转速图表示什么？转速图包括一点三线：转速点，主轴转速线，传动轴线，传动线。转速点主轴和各传动轴的转速值，用小圆圈或黑点表示，转速图中的转速值是对数值。主轴转速线由于主轴的转速数列是等比数列，所以主轴转速线是间距相等的水平线，相邻转速线间距为lg。传动轴线距离相等的铅垂线。从左到右按传动的先后顺序排列，轴号写在上面。铅垂线之间距离相等是为了图示清楚，不表示传动轴间距离。传动线两转速点之间的连线。传动线的倾斜方式代表传动比的大小，传动比大于 1，其对数值为正，传动线向上倾斜；传动比小于1，其对数值为负，传动线向下倾斜。倾斜程度表示了升降速度的大小。一个主动转速点引出的传动线的数目，代表该变速组的传动副数；平行的传动线是一条传动线，只是主动转速点不同。转速图是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？只表示传动比的相对关系，主轴转速的传递路线，而不表示传动轴（主轴除外）转速值大小的线图称为结构网。结构式是结构网的数学表达式或等比数列变速系统原理数学表达式。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？总变速范围为R r0r1r2rjP0P1P2PJ1Z12-4 等比传动系统中，各变速组的级比指数有何规律？第j扩大组的级比指数为xj P0P1P2 P(j1)2-5 拟定转速图的原则有哪些？1 极限传动比、极限变速范围原则一般限制最小传动比为imin1/4；为减少振动，提高传动精度，直齿轮的最大传动比imax2，斜齿圆柱齿轮imax2.5；直齿轮变速组的极限变速范围是r 24 8斜齿圆柱齿轮变速组的极限变速范围为r 2.54 102 确定传动顺序及传动副数的原则从传动顺序来讲，应尽量使前面的传动件多一些。即：前多后少的原则。总之应采用三联或双联滑移齿轮变速组，且三联滑移齿轮变速组在前。数学表达式为3PaPbPc3 确定扩大顺序扩大顺序应采用前密后疏。数学表达式为xaxbxc4 确定最小传动比的原则最小传动比应采取前缓后急的原则，也称为递降原则。最后变速组的最小传动比常取1/4。数学表达式为ia minibminicmin142-6 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？极限传动比、极限变速范围原则在设计机床传动时，为防止传动比过小造成从动齿轮太大，增加变速箱的尺寸，一般限制最小传动比为imin1/4；为减少振动，提高传动精度，直齿轮的最大传动比imax2，斜齿圆柱齿轮imax2.5；直齿轮变速组的极限变速范围是r 24 8斜齿圆柱齿轮变速组的极限变速范围为r 2.54 10最后变速组变速范围可为单回曲机构（背轮机构），最大变速范围为 16。2-7 机床传动系统为什么要前多后少，前密后疏，前缓后急？机床的主传动系统为降速传动（大部分甚至全部转速低于电动机的转速）。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，所需传递的转矩就越小，传动件和传动轴的几何尺寸就越小。因此，从传动顺序来讲，应尽量使前面的传动件多一些。即：前多后少的原则。变速组j的变速范围是rjxj(PJ1)，在公比一定的情况下，级比指数和传动副数是影响变速范围的关键因素。只有控制xj(Pj1)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。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，除在传动顺序上前多后少、扩大顺序上前密后疏外，最小传动比应采取前缓后急的原则，也称为递降原则。传动件在传递转矩和运动的同时，也将其自身的转角误差按传动比的大小放大缩小，依次向后传递，最终反映到执行件上。如果最后变速组的传动比小于1，就会将前面各传动件传递来的转角误差缩小，传动比越小，传递来的误差缩小倍数就越大，从而提高传动链的精度。因此采用先缓后急的最小传动比原则，有利于提高传动链末端执行件的旋转精度。2-8 公比 1.26，结构式为24 32 23 26 212，计算各变速组的级比、变速范围及总变速范围，并指出该结构式表示什么类型的传动链。在保证结构式性质不变的情况下，若想缩短传动链，应采用什么措施？x1.2621.58ra1.26(31)2 2.52x1.263 2rb1.26(21)3 2abx1.266 4rc1.26(21)6 4x1.261216rd1.26(21)1216cdR 1.2624121.2625315第二变速组为基本组，级比指数为3，因而该系统为对称双公比传动链；最后扩大组的变速范围为 16，是单回曲机构；故该结构式表示的传动链是具有单回曲机构的对称双公比传动链。由于基本组传动副数为 2，级比也为 3，可由双速电动机代替，双速电动机为动力源，必须为第一变速组。结构是调整为：24 23 32 26 2122-9 某机床公比 1.26，主轴转速级数Z=16，n1=40r/min，nmax=2000 r/min，试拟定出结构式，画出结构网；若电动机功率P=4kW，额定转速 nm=1440 r/min，确定齿轮齿数，画出转速图。该机床的变速范围是R 需要的理论转速级数为2000 5040Z lg 50 1 1816lg采用对称双公比传动，大公比格数为：x 1816 2为偶数，且小于 8；则该机床床的结构式为16 212222428按前密后疏的原则16 22232428结构网、转速图如图所示。（注：（1）转速图不是唯一的，（2）第 2 变速组传动比乘以1.06，第 3 变速组传动比除以 1.06）31:3524:4337:3540:425336:2000144012501000800630500400315250200160125100806340:2447n231:619:712223242822232428题 9某机床主传动链结构网题 9某机床主传动链转速图2-10 某机床的主轴转速为 n=401800 r/min，公比 1.41，电动机转速 nm=1440r/min，试拟定结构式、转速图；确定齿轮齿数、带轮直径比，验算转速误差；画出传动系统图。该机床的变速范围是R 需要的理论转速级数为1800 4540Z 则该机床床的结构式为lg 45 1 12lg12 312326结构网、转速图如图所示。（注：转速图不是唯一的；第一变速组传动比除以1.06，第三变速组传动比乘以 1.06）01:1.635:3723:492344:45:6129144029:4331232631232618001250900630450315224160112805640n题 10 某机钻床主传动链结构网题 10 某机床主传动链转速图:6519:72b1(b2231)2 2 0.08%652 2441 2.22%452-11 某机床的主轴转速为 n=1001120 r/min，转速级数 Z=8，电动机转速 nm=1440r/min，试拟定结构式、画出转速图和传动系统图。该机床的变速范围是R 该机床的公比为1120 11.21008 111.2 1.41则该机床床的结构式为12 212224014409501:1.231:3725:4238:4125n:532122242122160011203857:80056040028020014010024:67题 11 某机钻床主传动链结构网题 11 某机床主传动链转速图转速图中：第二变速组传动比除以1.06，第三变速组传动比除以1.06。传动系统图略。2-12 宽式排列中是否有滑移齿轮齿数差要求，最大滑移齿轮是否一定居中，能否实现25顺序变速？为什么？宽式排列滑移齿轮滑移啮合变速过程中，位于中间位置的滑移齿轮没有越过任何固定齿轮，不存在齿顶干涉问题，因而宽式排列中没有最大、次大或最小滑移齿数差不小于4 的条件，三个滑移齿轮可任意排列；能实现顺序变速。z1z3z2z3z1z2z4bzz66z4z5B11bz5bB11bab题 12 无齿顶干涉条件的排列a）最大滑移齿轮居中的无齿顶干涉条件的排列b）最小滑移齿轮居中的无齿顶干涉条件的排列2-13 适用于大批量生产模式的专门化机床，主轴转速n=45500 r/min，为简化结构采用了双速电动机，nm=720/1440 r/min，试画出该机床的转速图和传动系统图。该机床的变速范围是R 需要的理论转速级数为500 11.245lg 11.2lgZ 选择 1.12、1.26。若采用1.26该机床专门化机床，原则上不变速，但为适应技术进步，可作适当性能储备，公比可Z lg 11.2 1 11.5lg 1.26014407202621:30:444045:381400112090075056022:47233124.5233125.550040031525020018016014011290715645n题 13 某机钻床主传动链结构网题 13 某机床主传动链转速图19:72该机床采用双速电动机，则该机床床的结构式为12 233125.5转速图中第二变速组，传动比除以 1.06；第三变速组的传动比乘以1.06。传动系统图略2-14 举例说明避免背轮机构高速空转的措施。2-15 求图 2-33 所示传动系统的各齿轮、主轴、传动轴的计算转速。主轴计算转速nj 63r/min轴计算转速nj180r/min轴计算转速nj180r/min轴计算转速nj 500r/min轴计算转速nj1000r/minz2z3z1Mz4题 2-14 避免背轮机构高速空转图 2-7 单回曲机构z23:z65（轴轴）齿轮副主动轮计算转速nj180r/minz23:z65（轴轴）齿轮副主动轮计算转速nj 500r/minz21:z59、z40:z40齿轮副主动轮计算转速nj 500r/minz20:z40、z25:z35、z30:z30齿轮副主动轮计算转速nj1000r/min2-16 某数控机床，主轴n=31.53000 r/min，计算转速nj=125 r/min；主传动采用变频电动机驱动，电动机转速为nm=64500 r/min，额定转速nd=1500r/min，功率为 P=7.5kW。试设计电动机串联的分级传动系统。1）主轴要求的恒功率变速范围1440030:3025:3540:401:11000125:18023:6571050035525018012590634531.522.520:4021:593000RPn 241252）电动机的恒功率变速范围是 3，即RPmm 33）该系统至少需要的转速级数、变速组数23:65lgRPnlg24Zmin 2.89图2-31 某机床转速图图 2-33某车床的转速图lgmlg3lg2.89kmin1.53lg2取k 2，Z 44）分级传动系统的实际公比为FZ1RPn2441 2Rpm35）结构式为4 21226）分级传动系统的最小传动比为imin根据前缓后急的原则取1251150012ib17）其它传动副的传动比为111ia1i041.5212 12122ib2 ib1F2 14ia2 ia1F8）调速电动机的最低工作转速为nmmin 31.512r/min 378r/min9）电动机最低工作转速时所传递的功率为Pmmin Pmnmmin378 7.5kW 1.89kWn015002-17 某数控机床，主轴 n=22.54500 r/min，计算转速 nj=750 r/min；主传动采用变频电动机驱动，电动机转速为nm=64500 r/min，额定转速 nd=1500 r/min，功率为 P=7.5kW。试设计电动机串联的分级传动系统。1）主轴要求的恒功率变速范围4500 67502）电动机的恒功率变速范围是3，即RPmm 3RPn3）该系统至少需要的转速级数、变速组数lg2.89lgRPnlg6 0.71.63kminlgmlg3lg2取k 1，Z 2Zmin4）分级传动系统的实际公比为FZ1RPn6 2Rpm35）结构式为2 216）分级传动系统的最小传动比为imin根据前缓后急的原则取ia17）其它传动副的传动比为7501150021i01212 12ia2 ia1F8）调速电动机的最低工作转速为nmmin 22.52r/min 45r/min9）电动机最低工作转速时所传递的功率为Pmmin Pmnmmin45 7.5kW 0.225kWn015002-18 某数控机床，主轴 n=31.52400 r/min，计算转速 nj=200 r/min；主传动采用变频电动机驱动，电动机转速为nm=64500 r/min，额定转速 nd=1500 r/min，功率为 P=7.5kW。试设计电动机串联的分级传动系统。1）主轴要求的恒功率变速范围2400122002）电动机的恒功率变速范围是3，即RPmm 3RPn3）该系统至少需要的转速级数、变速组数lg2.26lgRPnlg121.18 2.26kminlgmlg3lg2取k 2，Z 4Zmin4）分级传动系统的实际公比为FZ 1RPn41121.58Rpm35）结构式为4 21226）分级传动系统的最小传动比为imin根据前缓后急的原则取200115007.5ib17）其它传动副的传动比为111ia1i02.521.52ia2ia1F111.5821.26121.5821ib2ib1F2.528）调速电动机的最低工作转速为nmmin 31.57.5r/min 236r/min9）电动机最低工作转速时所传递的功率为Pmmin Pmnmmin236 7.5kW 1.18kWn015002-19 无级变速有哪些优点？无级变速能使机床获得最佳切削速度，无相对转速损失；且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216，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；无级变速系统容易实现自动化操作。2-20 数控机床主传动设计有哪些特点？电动机的额定转速产生主轴的计算转速；电动机的最高转速产生主轴的最高转速。主轴的恒转矩变速范围RT则决定了电动机恒转矩变速范围RTm的大小，RTm RT，电动机恒转矩变速范围RTm经分级传动系统的最小传动比，产生主轴的恒转矩变速范围。2-21 机床进给传动链与主传动链相比，有哪些不同？主轴旋转运动的机床，主运动链大部分为恒功率变速，转速图前多后少、前密后疏、前缓后急；而机床的进给运动传动链全部是恒转矩变速，转速图须前少后多、前疏后密、前急后缓，以获得相对较大的驱动功率。2-22 三联滑移齿轮的最大与次大齿轮的齿数差小于 4 时，为顺利滑移啮合变速，应采用什么措施？当最大、次大滑移齿轮齿数差小于 4 时，可采用亚宽式排列，让滑移的小齿轮越过固定的小齿轮，改变啮合变速条件，使最大和最小齿轮齿数差不小于4；直接采用宽式排列，不存在齿轮齿顶干涉问题；也可采用变位齿轮使两齿顶圆直径之差不小于4 个模数；或采用牙嵌离合器变速，使齿轮不动。2-23 有公用齿轮的交错排列有什么优点？交错排列能减少两齿轮变速组的轴向长度，采用公用齿轮使两齿轮变速组的轴向长度更短。2-24 提高传动链的传动精度应采用什么措施？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。要提高传动精度，需从以下几方面采取措施。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。减小误差源的误差值，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。2-25 结构式是转速图的数学表达式，它是否具有乘法的交换率和分配率？为什么？结构式是转速图的数学表达式，但不具有乘法的交换率和分配率。因为各组数字表示各变速组在传动链的位置，第一变速组、第二变速组、第三变速组等，大数字表示该变速组的传动副数，下角数字表示该变速组的级比指数。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？直线运动的主传动链和进给传动链其载荷特性相同，皆为恒转矩载荷。计算转速（速度）是直线运动的主传动链和进给传动链的最高转速（速度）。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？误差传递的规律是：在传动链中，前一级传动件的转角误差，经缩小放大后，和从动齿轮的转角误差一起，传给后一级传动副，再按后一级传动副传动比的大小进行扩大或缩小。即在传动链中，传动件在传递运动和转矩的同时，也将传动件的转角误差按传动比的大小进行放大或缩小，依次向后传递，最终反映到执行件上。如该传动件至执行件的总传动比小于1，则该传动件的转角误差在传动中被缩小；反之，将被扩大。传动件的转角误差：齿坯的几何中心O 与机床工作台旋转轴心O1的同轴度误差，偏量为e1，几何偏心；同样齿轮的几何中心O 与传动轴轴心 O2也存在同轴度误差，偏移量为e2。2-28 某机床主运动链的结构式为16 22 24 25 28，公比1.26，主轴的最高转速为nmax 2000r/min。试确定机床主轴的各级转速。主轴的转速数列为 1 n12n24n35 1 1 1 1 n4n12458 n115n1417n1519n16nmax n16 2000r/min n11614 n119n3 n16/1632 2000/31.5rmin 63r/minn12 500r/minn9 250r/minn6125r/min2000n1 n16/19 n16/(154)r/min 25r/min31.52n14 n1132 2531.5rmin 800r/minn5100r/minn8 200r/minn11 400r/minn14 800r/minn2n11/10r/min 40r/minn480r/minn7160r/minn10 315r/minn13 630r/minn1510n61250r/min2-29 某机床主运动链的结构式为24 31 23 26 210.5，公比1.26，主轴的最低转速为nmin10r/min。试确定机床主轴的各级转速。1 n1n2 10n11110.5 1 1 1 n12n13610.5 n1112n1311.5n1412.5n1521.5n24n1 n11公比1.26nmin n110r/minn4 20r/minn7 40r/minn10 80r/minn210r/min 12.5r/minn3102r/min 16r/minn5 25r/minn6 31.5r/minn8 50r/minn9 63r/minn11100r/minn14 n24公比1.26最后变速组级比指数理论值为 12；选取 10.5 肯定是受到需求的最高转速的限制；同理，nmin10r/min也是根据实际需要确定的；若要保留传动链能得到的主轴级数，高低速段交叉；级比指数为 0.5 的奇数倍，能使主轴中段（高低速交叉段）形成公比1.12转速段，符合工艺需求。因而高速段应首先最高转速确定，n24102411.5101560.51400r/min 31541.12r/min 1400r/minn21 710r/minn18 355r/minn15180r/minn231120r/minn22 900r/minn20 560r/minn19 450r/minn17 280r/minn16 224r/minn11 n14公比1.12n121000.5r/min 112r/minn13 2n9r/min 125r/min n120.5n14n17/r/min 140r/min n13o.5机械制造装备设计第4 版第三章习题参考答案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？主轴组件的功用是缩小主运动的传动误差并将运动传递给工件或刀具进行切削，形成表面成形运动；承受切削力和传动力等载荷。主轴组件直接参与切削，其性能影响加工精度和生产率。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。旋转精度是主轴组件装配后，静止或低速空载状态下，刀具或工件安装基面上的全跳动值。它取决于主轴、主轴的支承轴承、箱体孔等的制造精度，装配和调整精度。动态刚度包括抗振性、热变形、噪声。耐磨性是精度保持性的体现。故机床主轴要提出旋转精度、刚度、抗振性、温升及耐磨性要求。3-2主轴部件采用的滚动轴承有那些类型，其特点和选用原则是什么？双列圆柱滚子轴承、双向推力角接触球轴承、角接触球轴承、双列圆锥滚子轴承。双列圆柱滚子轴承，滚子直径小，数量多(5060 个)，具有较高的刚度；两列滚子交错布置，减少了刚度的变化量；外圈无挡边，加工方便；主轴内孔为锥孔，锥度1:12，轴向移动内圈使之径向变形，调整径向间隙和预紧；黄铜实体保持架，利于轴承散热。NN3000K超轻系列轴承。轴承型号为 234400，接触角 60，滚动体直径小，极限转速高；外圈和箱体孔为间隙配合，安装方便，且不承受径向载荷；与双列圆柱滚子轴承配套使用。角接触球轴承常用的型号有 7000C 系列和 7000AC 系列，前者接触角为 15，后者为25。7000C 系列多用于极限转速高，轴向负载小的机床，如内圆磨床主轴等；7000AC 系列多用于极限转速高于双列滚子轴承，轴向载荷较大的机床，如车床主轴和加工中心主轴。为提高支承刚度，可采用两个角接触球轴承组合安装。圆锥滚子轴承，与圆锥齿轮相似，内圈滚道锥面、外圈滚道锥面及圆锥滚子轴线形成的锥面相交于一点，以保证圆锥滚子的纯滚动。圆锥滚子轴线形成的锥面与轴承轴线的夹角（即半锥角），等于接触角。由于圆锥滚子轴承是线接触，所以承载能力和刚度较高。圆锥滚子旋转时，离心力的轴向分力使滚子大端与内圈挡边之间滑动摩擦，摩擦面积大，发热量大，因而极限转速较低。轴承代号为30000。双列圆锥滚子轴承有一个公用外圈，两个内圈，且内圈小端无挡边，可取出内圈，修磨中间隔套，调整预紧量。双列圆锥滚子轴承是背靠背的角接触轴承，支点距离大，线接触，滚子数量多，刚度和承载能力大。可承受纯径向力，也可承受以径向力为主的径向与双向轴向载荷。适用于中低速、中等以上载荷的机床主轴前支承。常用的型号为350000。机床主轴较粗，主轴轴承的直径较大，轴承所承受的载荷远小于其额定动载荷，约为1/10。因此，一般情况下，承载能力和疲劳寿命不是选择主轴轴承的主要依据；主轴轴承，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；同一类型的轴承，滚动体的分布圆越小，滚动体越小，极限转速越高。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对主轴部件弯曲刚度的影响？由材料力学可知：当端部受F力时，在刚性支承上弹性主轴端部变形1为Fa21l a3EI主轴的两支承之间的外径、内径可按当量直径De、de计算，当量直径可按下式计算1n41n4De4Deilide4deilili1li1式中Dei、li，dei、li 阶梯轴各段外径、内径及其长度(mm)。主轴的当量惯性矩为I D644ede4 0.49 De4de43-4 主轴前后轴承的径向跳动量分别为A、B，试计算A、B在主轴前端C处引起的径向跳动。刚性主轴弹性支承引起的主轴端部变形2为2212222a aF a F a A1 B1 llKlKABl3-5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：.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；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180o，以部分补偿切削力造成的变形；主轴为皮带传动时，应采用卸荷式机构，避免主轴承受皮带拉力；齿轮也可采用卸荷式机构；适当增加一个支承内的轴承数目，适度预紧，采用辅助支承提高支承刚度。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：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；采用三支承主轴；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；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，阻尼比其它滚动轴承高，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；采用动力油润滑轴承，控制温升，减少热变形。3-6主轴的轴向定位有几种，各有什么特点？CA6140 车床为什么采用后端定位，而数控机床为什么都采用前端定位？推力轴承在主轴上的位置，影响主轴的轴向精度和主轴热变形的方向和大小。为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向定位精度，必须恰当配置推力轴承的位置。轴向推力轴承配置：前端定位：推力轴承安装在前轴承内侧，前支承结构复杂，受力大，温升高，主轴受热膨胀向后伸长，对主轴前端位置影响较小；适用于轴向精度和刚度要求高的高精度机床和数控机床。后端定位：前支承结构简单，无轴向力影响，温升低；但主轴受热膨胀向前伸长，主轴前端轴向误差大。使用于轴向精度要求不高的普通机床，如：卧式车床CA6140，立铣等。两端定位：推力轴承安装在前后两支承内侧，前支承发热较小,两推力轴承之间的主轴受热膨胀时会产生弯曲，即影响轴承的间隙，又使轴承处产生角位移，影响机床精度。用于较短的主轴或轴向间隙变化不影响正常工作的机床，如钻床、组合机床。3-7怎样根据机床切削力的特性选择主轴滚动轴承的精度。切削力方向固定不变的主轴，按内圈滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度选择；切削力方向随主轴的旋转同步变化的主轴，按外圈滚道表面相对于轴承外径轴线的同轴度选择。3-8选择主轴材料的依据是什么？主轴的载荷相对较小，一般情况下，引起的应力远小于钢的屈服极限。因此，机械强度不是选择主轴材料的依据。当主轴的直径、支承跨距、悬伸量等尺寸参数一定时，主轴的惯性矩为定值；主轴的刚度取决于材料的弹性模量。但各种钢材的弹性模量E 2.0610 MPa，差别很小。因此刚度也不是主轴选材的依据。主轴的材料，只能根据耐磨性、热处理方法及热处理后的变形大小来选择。耐磨性取决于硬度，故机床主轴材料为淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。普通机床主轴，一般采