上海理工 结构设计 课后1

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1.机械结构设计哪几个方面的设计？各自设计的目的如何？本课程侧重学

习的是哪几个方面的设计？具体是什么？

(1)功能设计：为满足主要机械功能要求进行的设计

(2)质量设计：兼顾各种要求和限制，提高产品质量和性能价格比(3)优化设计和创新设计：用结构性思维和其他科学方法优选和创新。(4)本课程侧重学习功能和质量设计。主要包括学习结构设计基础内容，

了解结构设计基本原则，了解结构设计的步骤方法等。

2.结构设计过程的基本原则是什么？

从内到外，从重要到次要，从局部到总体，从粗略到确切，统筹兼顾，权衡利弊，反复检查，逐步改进。

3.常用换向机构——机械式、电气式、液压式三种。常用机械式：皮带换向

机构、圆柱齿轮换向机构、锥齿轮换向机构。

离合器

4.离合器的作用有哪些？分类如何？

作用——使同轴线的两轴，或轴与轴上的空套传动件，如齿轮、皮带轮等。根据工作要随时接通或分开，以实现设备的启停、变速、转向及过载保护。种类——按结构功能不同分为啮合式离合器、摩擦式离合器、超越式离合器和安全离合器；按其操作方式不同可分为操纵式和自动式离合器。5.啮合式离合器有哪些优缺点及使用场合？

优点——结构简单、紧凑，接合后不会产生滑动，可传递较大扭矩且传动比确凿。

缺点——齿爪不易在运动中啮合，一般只能在停转或相对转速较低时接合，故操作不便，仅用于要求保持严格运动关系，或速度较低的传动链中。场合——用于要求保持严格运动关系或速度较低的传动链中6.摩擦式离合器有哪些优缺点及使用场合？

优点——过载时离合器结合面打滑，避免损坏零件，起安全保护作用；摩擦片接合与分开逐步完成，连续且平稳，无冲击，可在运转中进行。缺点——摩擦片打滑使传动比不确凿，且传动扭矩不能过大。传动大扭矩时增大摩擦片的工作半径，增加摩擦片数，使结构尺寸很大。

场合——用于频繁启动，制动或速度大小及方向频繁变换的传递中。7.何谓离合器机构中的超速现象？如何避免超速现象？

超速现象——一条传动路线工作时,在另一条不工作的传动路线上出现传动件高速空转的现象，这种现象在两对齿轮传动比悬殊时更严重

避免——避免两齿轮啮合传动比悬殊，把离合器安排在从动轴上，或使离合器分别安排在两轴上，且使离合器外片与大齿轮轴一起转，可避免超速现象。（使传动比在[1/4,2]）

8.何谓有机变速传动系统？何谓变速组？其变速级数与哪些有关？

有极——采用不同的方式改变主从动两轴间的传动比进行变速，从而使主动轴的一种变速变为从动轴的几种不同转速。

变速组——组成有机变速传动系统的每一个基本变速传动机构称为变速组。

优点——结构简单、工作可靠、传动效率高、是哟来那个寿命长、制造成本低。

缺点——转速级数有限

有关——组成该系统的变速组个数及变速组的变速级数有关，等于个变速组的变速级数之积。

9.单边拨动滑移齿轮，发生自锁时，如何消除？

如图单边拨动时滑移齿轮受力状况。为使滑移齿轮顺利移动，拨动力F必需战胜滑移齿轮与轴间的摩擦阻力。摩擦阻力包括滑移齿轮自动产生的摩擦力Gf和偏转力产生的附加摩擦力2Nf.设滑移齿轮自重对轴的正压力是沿接触全长上均匀分布，附加正压力N是在接触长度一半上按三角形分布，不考虑其他阻力有：

轴承

10.主轴组件的基本要求

(1)旋转精度：主轴的旋转精度是指机床空载时，低速转动主轴，此时在主轴安装工件或刀具部位的定心表面上测得的径向跳动，端面跳动和轴向窜动值的大小。取决于各主要件的制造，装配和调整精度。

(2)刚度：主要反映机床或部件抗争外载荷的能力。影响刚度的因素有主轴的尺寸和形状，滚动轴承的型号、数量、预紧和配置形式，前后支撑的跨距和主轴前悬伸量，传动组件的布置方式等。

(3)温升：将引起热变形使主轴伸长，轴承间隙变化，降低了加工精度，温升也会降低润滑剂的粘度，恶化润滑条件。

(4)抗振性：是指其抗争受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。主轴的振动将降低甚至恶化工件的表面质量，限制机床能力的充分发挥，增

大机床的噪声。

(5)精度保持性：机床的主轴组件必需有足够的耐磨性，才能长期保持精度。

11.后端定位：后支撑发热小，温升低，但主轴受热后向前端伸长，影响轴向

精度，主轴受压段较长，对修长主轴意引起纵向弯曲变形，精度较差，在后支撑处调整间隙较便利，主轴前段悬伸量较短，前支撑结构简单，后支撑结构繁杂，用于普通机床（如CA6140）

12.选择主轴轴承配置型时，应满足哪些主要要求？

满足要求的刚度和承载能力。满足转速要求满足精度要求

13.滚动轴承间隙调整方法常用的有哪几种？调整螺母的防松常用哪些结

构？

方法——螺母调整；通过修磨式短套使轴承外预紧

防松——双螺母防松；压块锁紧螺母防松；圆螺母加止推垫圈；油压套筒式调整结构

14.C7620型车床主轴间隙如何调整？如何放松？

前轴承的间隙靠螺母3调整内环在主轴圆锥轴颈上的位置，从而调整轴承的预紧量，后轴承的间隙靠螺母调整；通过双螺母结构放松。15.为什么主轴前轴承的精度寻常要比后轴高一级？

由于前后支撑中轴承的精度对主轴旋转精度影响不同，前轴承内圈偏心量对主轴端部精度影响较大

16.试述短三瓦动压轴承的工作原理。该轴承能否用于缜密车床主轴？为什

么？

主轴以一定转速旋转时带着一定粘度的润滑油从楔形空间的间隙大处想间隙小处滚动，形成定压强的油楔将主轴浮起，产生压力油膜以承受载荷，短三瓦滑动轴承的轴瓦后面与箱体孔不接触而是支撑在球头螺钉上，借助三个螺钉可以调整轴承间隙，从而控制轴漂移量。

不能用于缜密车床主轴，由于该轴承轴瓦后面的凹球位置是不对称的，故主轴只能朝一个方向旋转，而车床要求正反转，所以不可以。17.试述液体静压轴承的工作原理和主要优缺点。

原理——油泵所供能的压力油液，经过四个节流器，分别流入轴承的四

个油腔中，将轴颈浮起并推回中央。

优点——速度与方向适应性强；承载能力强；摩擦力小、轴承寿命长；旋转精度高、抗振性好

缺点——需配置一套用供油系统，对供油系统的过滤和安全保护要求严格，轴承制造工艺繁杂。18.两支承主轴轴承的配置型式(1)适应刚度和承载能力

①滚子轴承＞球轴承②双列轴承＞单列轴承③多个（同向）轴承＞单个轴承

承受纯轴向力时，推力球轴承刚度和承载能力最强。(2)适应转速

球轴承＞滚子轴承

推力球轴承允许转速低。(3)适应精度

精度——这里指的是主轴受热变形对加工精度的影响。

定位——这里指的是轴向定位。推力轴承配置型式的比较

前端定位——承受轴向力的轴承全部在前支承中；后端定位——承受轴向力的轴承全部在后支承中；两端定位——承受轴向力的轴承分别在前、后支承中。

支撑件

19.分析不同截面形状的惯性矩变化

空心截面的惯性矩比实心的大

方形截面的抗弯刚度比圆形的大，而抗扭刚度则较低。不封闭的截面比封闭的截面刚度显著下降20.加强支撑件本身刚度应采取什么措施？

正确选择支撑件形状以及尺寸大小；合理布置隔板；提防增加壁厚尺寸21.铸铁床身和由钢板、型钢焊接的床身各有什么优缺点？各用于什么场合？

钢板、型钢焊接：

优点——不需要制造木模和浇铸，生产周期短；减轻质量；可以采用完

全封闭的箱型结构；如发现结构有缺陷，焊接件可以补救

缺点——焊接结构在中小型机床成批生产时成本比铸铁高；钢材料内摩

擦阻尼约为铸铁的1/3，因此支撑件本身震动的阻尼和钢板薄壁振动的阻尼比铸铁低

场合——大型和重型机床，自制设备等小批单件生产铸铁：

优点——良好的铸造性能；减磨性好；减振吸振；切削加工性好；缺口敏感性较低

缺点——铸铁不能进行锻压加工，不能焊接，不能进行常规的热处理场合——批量生产中制造中小型机床的各种支撑件

导轨

22.试述（1）导轨导向面的选择原则

导向精度；耐磨性；低速运动平稳性、刚度

（2）镶条位置的选择原则

从提高刚度考虑，镶条应放在不受力或受力较小的一侧。对

于缜密机床因导轨受力小，要求加工精度高，镶条应放在受力的一侧，或两边都放在镶条；对于普通机床，镶条应放在不受力的一侧

（3）直线运动滑动导轨间隙的调整方法及应用场合压板：用于调整间隙并承受颠覆力矩

镶条：用于调整矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙

23.动压导轨静压导轨及滚动导轨各适用于怎样的场合？为什么？

动压——主运动导轨。由于动压导轨是借助于导轨面见的相对运动而产生压力油楔，而将运动部件抬起，而速度高，油楔的承载能力越大

静压——缜密机床的进给运动和低速运动导轨。由于静压导轨摩擦系数小，能长期保持导轨的导向精度，吸振性好，低速下不易产生爬行。

滚动——用于数控机床。由于滚动导轨对运动灵敏度很高。24.四种截面导轨

直线滑动导轨的截面形状凸形导轨：固定导轨凸起状态。（用于速度较低场合）

凹形导轨：固定导轨凹下状态。（用于速度较高场合）

(1)矩形导轨：结构简单，承载能力强。安装和调整较便利，但磨损后不能自

动补偿间隙。

(2)三角形导轨:凸三角形又称“山形〞，凹三角形又称“V形〞。当三角形导

轨水平布置时（三角形导轨一般水平布置），若切削力不大，在重力作用下，能自动贴紧定位面，则不需要调整。另外，导轨磨损后能自动补偿间隙。三角形导轨：导向性好。

(3)燕尾形导轨:尺寸小抗颠覆；制造难。调整比矩形困难。导轨磨损后不能

自动补偿间隙。

(4)圆柱形导轨:制造工艺性好。但圆柱形导轨磨损后无法调整间隙，因此主

要用在一些承受纯轴向力（如拉床），或受力较小（如珩磨机和机械手）的场合。

25.滚珠丝杠副的优缺点及适用场合。

优点：传动效率高，摩擦损失小；经预紧后，可消除丝杠和螺母螺纹间隙，提高轴向刚度；运动平稳，无爬行现象，传动精度高；传动有可逆性；磨损小，使用寿命长

缺点：制造工艺繁杂，成本高；不能自锁

26.滚珠丝杠消除间隙和预紧基本原理？常用消除间隙和预紧方式？各有什

么特点？

滚：双螺母方式。在预紧力F0的作用下，左右螺母向中间挤紧。这时接触角45度，左右螺母接触相反，且再一个共同螺母体内，这就使螺母作为一个整体与丝杠间处于无间隙或过盈状态，以提高接触刚度。常用：

(1)垫片消隙式：结构简单，可靠性好，刚度高，装卸便利。但调整费时，仅

适用于一般精度的数控机床

(2)螺纹消隙式：简单