机械制造技术基础第二版黄健求装备设计习题解答.pdf

习习 题题 解解 答答 第二章第二章 传动系统设计传动系统设计 2.4 拟订转速图时拟订转速图时,何谓”前密后疏”、何谓”前密后疏”、 “前多后少”、“前缓后急”的原则。“前多后少”、“前缓后急”的原则。 答：答： “前密后疏”“前密后疏”是针对传动系统是针对传动系统变化范围变化范围的大小的大小 情况而提出的设计原则，即设计时应使前面的升、降情况而提出的设计原则，即设计时应使前面的升、降 变速范围小（密），后面的逐步增大（变速范围小（密），后面的逐步增大（疏疏）。原理：）。原理： 在处于同一高速转动情况下时，升降变速范围增大，在处于同一高速转动情况下时，升降变速范围增大， 低转速传动件尺寸增大，高转速件的噪声增大。低转速传动件尺寸增大，高转速件的噪声增大。 答：答： “前多后少”“前多后少”是针对传动副所提出对传动系统的是针对传动副所提出对传动系统的 设计原则，即设计时将传动副多的传动组安排在前、设计原则，即设计时将传动副多的传动组安排在前、 传动副少的传动组安排在后。原理：根据传动件传递传动副少的传动组安排在后。原理：根据传动件传递 的功率一定时，其转速高所传递的扭拒小，传动件尺的功率一定时，其转速高所传递的扭拒小，传动件尺 寸可相应减少，实现节材、减轻重量的目的。寸可相应减少，实现节材、减轻重量的目的。 习习 题题 解解 答答 答：答： “前缓后急”“前缓后急”是针对传动系统变化速度的快慢情是针对传动系统变化速度的快慢情 况而提出的设计原则，即设计时应使前面的升降变速变况而提出的设计原则，即设计时应使前面的升降变速变 化慢（缓），后面的变化逐步加快（急）。原因同前。化慢（缓），后面的变化逐步加快（急）。原因同前。 2.5 拟订转速图的五项原则是什么？拟订转速图的五项原则是什么？ 1、每一变速组内的传动副数目一般取、每一变速组内的传动副数目一般取23个。个。 2、传动顺序采用“前多后少”的原则。、传动顺序采用“前多后少”的原则。 3、扩大顺序与传动顺序一致，即采用“前密后疏”原、扩大顺序与传动顺序一致，即采用“前密后疏”原 则。则。 4、各变速组变速范围不超过最大变速范围，即、各变速组变速范围不超过最大变速范围，即 umin1/4，umax22.5 5、合理分配传动比，使中间轴有较高的转速。、合理分配传动比，使中间轴有较高的转速。 习习 题题 解解 答答 2.9 已知某卧式车床的已知某卧式车床的nmax =1600r/min, nmin=31.5r/min,=1.26,n电 电=1440r/min， ， 试试拟订转速图；确定齿轮齿数、带轮直径，验拟订转速图；确定齿轮齿数、带轮直径，验 算转速误差，画出传动系统图。算转速误差，画出传动系统图。 解：解： 1 1、拟订转速图：、拟订转速图： 1 min max z n n n R 18 lg lg 1 n R z 根据根据 得得 （2 2）根据）根据n nmax max、 、n nmin min和 和Z Z值从机床专业标准中查到值从机床专业标准中查到 各级转速值分别为：各级转速值分别为： 31.531.5、4040、5050、6363、8080、100100、125125、160160、200200、250250、 315315、400400、500500、630630、800800、10001000、12501250、16001600。 （1 1）计算主轴总变速级数：）计算主轴总变速级数： 习习 题题 解解 答答 （3 3）选择结构式：）选择结构式： 18= 30 31 22 （4 4）分配各变速组的最小传动比，画出转速图）分配各变速组的最小传动比，画出转速图 A 1440 315 125 E 31 .5 1600 取主轴最小降速传动比为取主轴最小降速传动比为1/4，由，由1.266=4得得D 点点. D 630 C B 根据“前缓后急”原则，再依次确定出根据“前缓后急”原则，再依次确定出C、B点，点， 拟出转速图。拟出转速图。 习习 题题 解解 答答 2 2、确定齿轮齿数：、确定齿轮齿数： 2 1 : 58.1 1 : 26.1 11 : 1 : 1 : 32 321 aaa 根据根据 得得Z Zmin min=72 =72，查基本组各齿轮齿数：，查基本组各齿轮齿数：32/4032/40，28/4428/44，24/4824/48 16.3 1 : 58.1 1 :26.1 1 : 1 : 52 321 bbb 根据根据 得得Z Zmin min=91 =91，查基本组各齿轮齿数：，查基本组各齿轮齿数：51/4051/40，35/5635/56，22/6922/69 98.3 1 :2 1 : 6 3 21 cc 根据根据 得得Z Zmin min=110 =110，查基本组各齿轮齿数：，查基本组各齿轮齿数：73/3773/37，23/8723/87 习习 题题 解解 答答 3 3、确定带轮直径：、确定带轮直径： （1 1）选择三角带型号：根据电机转速（）选择三角带型号：根据电机转速（1440r/min)1440r/min)和和 额定功率额定功率( (按按3.5kW3.5kW计）查相关资料可知，其三角带型号计）查相关资料可知，其三角带型号 应选择应选择B B型（三角带按断面尺寸可分为型（三角带按断面尺寸可分为O O、A A、B B、C C、D D、 E E、F F共七种型号）。共七种型号）。 （2 2）确定带轮的最小直径）确定带轮的最小直径D Dmin min：根据三角带型号 ：根据三角带型号B B查表查表 得：得： Dmin min =140mm =140mm，即小带轮直径，即小带轮直径 Dmin min 。 。 （3 3）计算大带轮直径）计算大带轮直径D D大 大： ： D大 大=D小小 1/ u（1-） =1401402.52.5(1(1- -0.02)0.02) =340(mmmm) 习习 题题 解解 答答 4 4、验算转速误差：、验算转速误差： 主轴转速在使用上并不要求十分准确，转速稍高主轴转速在使用上并不要求十分准确，转速稍高 或稍低并无太大影响。但标牌上标准数列的数值一般或稍低并无太大影响。但标牌上标准数列的数值一般 也不允许与实际转速相差太大，因此，需要进行转速也不允许与实际转速相差太大，因此，需要进行转速 误差的验算误差的验算 验算时，将所确定的齿轮齿数所得实际转速值与验算时，将所确定的齿轮齿数所得实际转速值与 传动设计时的计算转速值进行比较，若两值的最大误传动设计时的计算转速值进行比较，若两值的最大误 差值不超过差值不超过10（u-1）%即可即可。故有：故有： )%110 u n nn n（ 计算 计算实际 时为合理。否则，需要根据误差的正负以及引起误差时为合理。否则，需要根据误差的正负以及引起误差 的主要环节重新调整齿轮齿数。的主要环节重新调整齿轮齿数。 习习 题题 解解 答答 5 5、画出传动系统图：、画出传动系统图： 340 140 32 24 28 40 48 44 35 51 22 69 40 56 73 23 37 87 1440 r/min 习习 题题 解解 答答 2.11 设计设计Z=12级转速的主传动系统，采用级转速的主传动系统，采用 双速电动机，若公比双速电动机，若公比=1.41时，能否采用时，能否采用电 电 =2的双速交流异步电动机？它的基本组的传动的双速交流异步电动机？它的基本组的传动 副是多少？为什么？副是多少？为什么？ 解：解： 1 1、根据、根据=1.41=1.41为为电 电=2 =2的公比可知，的公比可知， 在设计在设计Z=12Z=12级转速的主传动系统时，可采用该级转速的主传动系统时，可采用该 双速交流异步电动机。双速交流异步电动机。 2 2、其基本组的传动副为、其基本组的传动副为2 2，因为在该传，因为在该传 动系统中，首先通过所采用的双速交流异步电动系统中，首先通过所采用的双速交流异步电 动机进行了第一次变速的扩大。其结构式为：动机进行了第一次变速的扩大。其结构式为： Z=pZ=p1 1q q0 0r r2 2=2=21 12 20 03 32 2 习习 题题 解解 答答 电 电=2 =1.41 Z=12 注：注： 在结构式在结构式Z=pZ=p1 1q q0 0r r2 2=2=21 12 20 03 32 2中。基本组中。基本组 的传动副只能为的传动副只能为2 2，否则就不能满足使主轴各转，否则就不能满足使主轴各转 速间相差一个速间相差一个倍的要求。倍的要求。 习习 题题 解解 答答 答：答： 1、 作为变速系统传动件动力计算时所采用的作为变速系统传动件动力计算时所采用的 速度，即传动件的计算转速。该速度为该轴上能传递速度，即传动件的计算转速。该速度为该轴上能传递 全部功率的最低转速。全部功率的最低转速。 2.18 什么是传动件的计算转速？确定计算什么是传动件的计算转速？确定计算 转速有何意义？转速有何意义？ 答：答： 2、 确定计算转速的意义在于减小变速系统中确定计算转速的意义在于减小变速系统中 各传动件的尺寸，降低功率的无谓消耗，使传动系统各传动件的尺寸，降低功率的无谓消耗，使传动系统 中传动件的尺寸设计更为经济和合理。中传动件的尺寸设计更为经济和合理。 习习 题题 解解 答答 6.1 为什么要规定铸件的最小壁厚？壁厚过为什么要规定铸件的最小壁厚？壁厚过 大有什么缺点？壁厚不均匀又有什么缺点？大有什么缺点？壁厚不均匀又有什么缺点？ 第六章第六章 结构工艺性结构工艺性 答：答：1、 铸件壁厚如果过小，将使铸造时金属液流铸件壁厚如果过小，将使铸造时金属液流 动的阻力增大、金属难以充满行腔，从而使铸件的形动的阻力增大、金属难以充满行腔，从而使铸件的形 状和尺寸的铸造质量下降。状和尺寸的铸造质量下降。 答：答：2、 铸件壁厚如果过大，则金属液的冷却速度铸件壁厚如果过大，则金属液的冷却速度 变小，铸件芯部容易得到粗大的晶粒，从而降低铸造变小，铸件芯部容易得到粗大的晶粒，从而降低铸造 合金的力学性能，使铸件的力学性能下降。合金的力学性能，使铸件的力学性能下降。 习习 题题 解解 答答 答：答：3、 当铸件的壁厚不均匀时，将导致铸造时冷当铸件的壁厚不均匀时，将导致铸造时冷 却速度不均匀，从而使铸件铸造过程中产生热节，形却速度不均匀，从而使铸件铸造过程中产生热节，形 成缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，铸造出来后的铸件成缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，铸造出来后的铸件 产生较大的残余应力等，使铸件的物理机械性能方面产生较大的残余应力等，使铸件的物理机械性能方面 的质量下降。的质量下降。 6.5 什么是零件结构工艺性？试分析图中所什么是零件结构工艺性？试分析图中所 示设计的结构工艺有哪些不足，应如何改进？示设计的结构工艺有哪些不足，应如何改进？ 零件在设计时，所设计的零件在满足使用要求的零件在设计时，所设计的零件在满足使用要求的 前提下，其制造的可行性和经济性被称为结构工艺性。前提下，其制造的可行性和经济性被称为结构工艺性。 图图6.5中所示零件在结构工艺性上的不足之处可中所示零件在结构工艺性上的不足之处可 参见表参见表6.4。 习习 题题 解解 答答 13.4 采用“一面两销”定位时，为什么其采用“一面两销”定位时，为什么其 中一个应为“削边销”？怎样确定削边销的安中一个应为“削边销”？怎样确定削边销的安 装方向、双销直径尺寸和公差？装方向、双销直径尺寸和公差？ 第十三章第十三章 工件的定位工件的定位 答：答：1、当工件采用当工件采用“一面一面 两孔两孔”的组合表面定位时，的组合表面定位时， 相应的在夹具上应采用相应的在夹具上应采用“一一 面两销面两销”的定位元件。的定位元件。 如图所示为一长方体工件在一如图所示为一长方体工件在一 面两销上定位的情况。由于所面两销上定位的情况。由于所 采用的销为短销，故，此处工采用的销为短销，故，此处工 件的底面件的底面1 1为第一定位基准，工为第一定位基准，工 件上的内孔件上的内孔O O1 1、O O2 2分别为第二分别为第二 和第三定位基准。和第三定位基准。 习习 题题 解解 答答 第第1 1定位面限制了工件的三个自由度：定位面限制了工件的三个自由度： 第第2 2定位短圆柱销定位短圆柱销1 1限制了工限制了工 件的两个自由度：件的两个自由度： 的自由度被重复限制。的自由度被重复限制。 故：故： 若孔若孔O O2 2仍然采用短圆柱销定位，仍然采用短圆柱销定位， 则限制的自由度为：则限制的自由度为： Z y x 由于工件孔心距的误差和两定由于工件孔心距的误差和两定 位销中心距的误差，可能导致位销中心距的误差，可能导致 两定位销无法同时进入工件孔两定位销无法同时进入工件孔 内。为此，两定位销之一必须内。为此，两定位销之一必须 在定位干涉方向（在定位干涉方向（X X向）上削向）上削 边，做成菱形销才可使工件都边，做成菱形销才可使工件都 能装入两定位销中。能装入两定位销中。 习习 题题 解解 答答 答：答：2、削边的方向为发生定位干涉的方向。具体为削边的方向为发生定位干涉的方向。具体为 在两定位销轴心连线的垂直方向上在两定位销轴心连线的垂直方向上。 答：答：3、双销的直径尺寸和公差为：双销的直径尺寸和公差为： （1）圆柱销的直径尺寸和公差为：圆柱销与定位孔采）圆柱销的直径尺寸和公差为：圆柱销与定位孔采 用基孔制配合，其配合精度通常采用用基孔制配合，其配合精度通常采用H7/g6或或H7/f6 （2）削边销的直径尺寸、宽度和公差：可根据孔）削边销的直径尺寸、宽度和公差：可根据孔D2的的 直径查表得到宽度尺寸后，计算出销与孔的配合间歇和直径查表得到宽度尺寸后，计算出销与孔的配合间歇和 削边销直径。削边销直径。 习习 题题 解解 答答 13.8 如图所示阶梯形工件，如图所示阶梯形工件，B和和C面已加工合面已加工合 格。今采用如图所示两种定位方案加工格。今采用如图所示两种定位方案加工A面，要面，要 求保证求保证A对对B面的平行度为面的平行度为 。已知。已知L=100mm， B面与面与C面之间的高度面之间的高度h=15+0.5mm。试分析这两种。试分析这两种 定位方案的定位误差，并比较它们的优劣。定位方案的定位误差，并比较它们的优劣。 0 2 解：定位方案解：定位方案1 以以B面为定位基面加工面为定位基面加工A面，由于定面，由于定 位基准与工序基准重合，且位基准与工序基准重合，且B面已经加工过，而为保证面已经加工过，而为保证 A面加工时稳定可靠所采用的面加工时稳定可靠所采用的C面只是辅助定位基面，面只是辅助定位基面， 故既无基准不重合误差又无基准位移误差。故既无基准不重合误差又无基准位移误差。 定位方案定位方案2 以以B面和面和C面为定位基面加工面为定位基面加工 A面时，无基准不重合误差，但由于面时，无基准不重合误差，但由于B面与面与C面的加工面的加工 尺寸存在着加工误差，将产生基准位移误差。尺寸存在着加工误差，将产生基准位移误差。 习习 题题 解解 答答 定位方案定位方案2的基准位移误差为：的基准位移误差为： L=100mm H=15+0.5mm a tga=0.5/100=0.005 a18 根据计算结果可以发现，方案根据计算结果可以发现，方案2由于其产生由于其产生 的基准位移误差超过了设计要求的公差。因此，方的基准位移误差超过了设计要求的公差。因此，方 案案2不如方案不如方案1好。好。 习习 题题 解解 答答 (2)(2)第二定位基准面第二定位基准面B B的定位误差：的定位误差： 13.9 如图所示为镗削如图所示为镗削30H7孔的定位，试孔的定位，试 计算定位误差。计算定位误差。 解：解： 1 1、定位误差的分析、定位误差的分析: : (1)(1)第一定位基准面第一定位基准面A A的定位误差的定位误差: : 工件上第一定位面工件上第一定位面A A为平面且已经过加工，因此为平面且已经过加工，因此, , 以该面定位时无基准位移误差以该面定位时无基准位移误差; ;根据孔根据孔30H730H7在高度方在高度方 向的设计基准为中间台阶面向的设计基准为中间台阶面, ,而定位基准面为底面而定位基准面为底面A,A,故故 存在基准不重合误差存在基准不重合误差。即。即d(A) d(A) = = jb(A) jb(A) 第二定位基准面第二定位基准面B B仍为平面且同样已加工仍为平面且同样已加工, ,加之定加之定 位面位面B B与设计基准与设计基准B B面重合面重合, ,故就故就B B面定位本身而言，既无面定位本身而言，既无 基准位移误差也无基准不重合误差。即基准位移误差也无基准不重合误差。即d(B) d(B) =0 =0 习习 题题 解解 答答 根据前述可知，基准不重合误差值的大小为定位根据前述可知，基准不重合误差值的大小为定位 基准与工序基准之间所联系尺寸的公差值。基准与工序基准之间所联系尺寸的公差值。 （1 1）建立尺寸链：）建立尺寸链： A0=320.0 5 A1=30+0.01 A2=1000.02 A3 定位平面定位平面B B相对定位平面相对定位平面A A而言，因有而言，因有B B面相对与面相对与A A面面 的角度偏差的角度偏差 （不垂直度 （不垂直度0.030.03），因此，该角度偏），因此，该角度偏 差差 将造成 将造成B B面的基准位移误差面的基准位移误差jy jy（BABA）=0.03mm =0.03mm。