机械制造装备设计复习题集

装备的分类:加工装备、工艺装备、仓储传送装备和辅助装备

加工装备:是指采用机械制造的方法制作机器零件的机乐

工艺装备:产品制造时所用的各种刀具、模具、夹具、黄具等工具

仓储传送装备:包括各级仓储、物料传送、机床上下料等设备

机械制造装备设计可以分为创新设计、变形设计、模块化设计

机械制造装备设计的典型步骤:产品规划、方案设计、技术设计、和工艺设计

机械制造的装备设计的评价:技术经济评价、可靠性评价、人机工程评价、构造工艺性评价、

产品造型评价和标准化评价

标准的分类:国际标准、区域标准、国家标准、专业标:隹〔包括专业协会标准、部委标准〕

地方标准

机床设计应满足哪些根本要求，其理由是什么？

1］工艺范围。指机床适应不同生产要求的能力，也可称之为机床的加工功能。它直接影响

到机床构造的发杂

程度、设计制造本钱、加工效率和自动化程度。

2］柔性。指其适应加工对象变化的能力。市场经济的开展，对机床及其组成的生产线要求

越来越高，以适应越来越快的产品更新换代速度。

3〕与物流系统的可接近性。指机床与物流系统之间进展物料〔工件、刀具、切屑等〕流动

的方便程度。

4〕刚度。指加工过程中，在切削力的作用下，抵抗道具相对于工件在影响加工精度方向变

形的能力。它直接影响机床的加工精度和生产率。

5］精度。要保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。

6〕噪声。噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染，应设法降低。

7〕生产率。通常是指单住时间内机床所能加工的工件数量。提高生产率，可降低工件的加

工本钱。

8〕自动化。指在无人工干预的情况下，按规定的动作要求，通过机械、电子或计算机的控

制，自动完成全部

或局部的加工。机床自动化程度越高，加工精度稳定性越好，还可有效降低工人劳动强度，

便于一个工人看管多台机乐，大大提高劳动生产率。

9〕本钱。是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能在保证机床性能要求的前提下，提

高其性能价格比。10〕生产周期。也是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短机床

的生产周期。11〕可靠性。无故障运行的概率，应在保证生产要求的前提下，尽可能提高。

12〕造型和色彩。应根据机床功能、构造、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学的要求

进展设计。和企业标准。

工件外表的发生线通过刀具的切削刃与工件外表相对运动产生的方法四种：1、轨迹法、2.

成形法3、相切法4、展成法

⑴外表成形运动：形成发生线的运动。

变速范围:是指最大转速跟最小转速之比。

进给运动系统:分为机械传动、机电结合传动、零传动三种形式

进给传动系:由动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过我保险机构、运动转换机

构和执行件组成

步进电动机与伺服电动机的区别，含义？

步进电动机是将电脉冲鼓励信号转换成相应的角位移或爱位移的离散值控制电动机，这种电

动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲也动机。

伺服电机［servomotor〕是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达

间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将包压信号转化为转矩和

转速以驱动控制对象

一、控制精度不同二、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象交流伺服电机运

转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。三、先频特性不同四、过我能力不同步进

电机一般不具有过载能力，交流伺服电机具有较强的过或能力。五、运行性能不同六、速度

响应性能不同

怎么消除传动间隙的方法？

减小反向死区误差，提高运动平稳性和定位精度

2-5机床的根本工作原理是什么？

通过刀具与工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工外表多余的金属材料，伐工件具有要求的几何形状

和尺寸。

2-7工件外表发生线的形成方法有哪些？

就迹法、成形法、相切法、展成法

2-11.机床上的复合运动，内联系传动链，运动轴的联动的含义及关系如何？答:笑合运动是运

动之间有严格的运动关系。

内联系传动链：两个末端件的转角或位移量之间有严格的比例关系要求。对机械传动的机床来说，5.合运

动是通过内联系来实现的。对数控机乐来说，复合运动是通过运动轴来实现的“

10.机床的主运动与形状创成运动的关系如何？进给运动与形状创成运动的关系如何？P66,

当形状创成运动中不包含主运动时。形状创成运动与进给运动两个词等价；当形状创成运动中包含主运动

时，形状创成运动和成形运动两给词等价

24.什么是传动组的级比和级比指数？常规变速传动系的各传动组的级比指数有什么规律？

吧主动轴上同一点传往从动轴相邻两传动线的比值，级比指数规律是Xi=P0"P1*P,,Pi-1Xj是级比指数，Pi

是传动副

39、主轴部件应满足哪些根本要求？

答：1、旋转精度。2、刚度〔包括辞刚度和动刚度〕。3、抗振性。4、温升和热变形、5、精度保持性

电动机直接驱动:如果主轴转速不高，可采用普通异步电动机直接带动主轴，如平面磨床的砂轮主轴，

如系转速很高，叩将主轴与电动机制成一体。成为主轴单元，

动压轴承工作原理：当主如旋转时,带动涧滑油从间隙大处向间隙小处流动，形成压力油楔而产生油膜

压力p将主轴浮起。

活动多油楔滑动轴承工作原理：利用浮动轴瓦自动调位来实现油楔,轴承由三块或五块瓦组成，各有

一球头螺钉支承，可以稍做摆动以适应转速或载荷的变化。瓦块的压力中心。离油根出口处距离bO约等

于瓦块宽B的0.4倍，即b、0.4B,该瓦块的支承点不通过瓦块宽度的中心。当主轴旋转时，由于瓦块上压

强的分布，瓦块可自动摆动至靛正确间隙比：h1/h2=2.2〔进油口间隙与出油口间隙之比〕后处于平衡状态。

静压轴承

液体铮压轴承系统由一会专用供油系统、节流阀和轴承三局部组员。优点：承载能力高；旋转精度高；油

膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速

下工作；摩擦小，轴承寿命长。

缺点；需要一套专用供油设备，轴承制造工艺发杂、本钱较高。

在牯承的内圆柱孔上，开有四个对称的油腔1-4。油腔之间由轴向回油槽墙开，油腔四周有封油面，封油面

的周向宽度为a,轴向宽度为)。油泵输出的油压为定值pS的油液，分别流经节流器T1、T2、T3和T4进

入各个油腔。节流器的作用是使各个油腔的压力随外栽荷的变化自动调节，从而平衡外战荷。当无外栽荷

作用〔不考虑自空〕时，各油腔的油压相等，即p1=p2=p3=p4,保持平衡，轴在正中央，各油腔封油面

与轴颈的间隙相等，即卜=111=>)2=113=114,间隙液阻也相等。

外载荷F向下作用时，轴颈失去平衡，沿载荷方向偏移一个微小位移e。油腔3间隙减小，即h3=h—e,

间隙液阻增大，流量减小，节流器T3的压力降减小，因供油压力pS是定值，故油腔压力p3随着增大°同

理，上油腔1间隙增大，即hl=h+e,间隙液阻减小，流量增大、节流器T1的压力降增大，油腔压力pl

随着减小。两者的压力差p=p3-pl,将主轴推回中心以平衡夕、载荷F。

支承件的截面形状和选择

支承件的形状根本上可以分为三类:箱彩类、板块类、梁类。2•支承件的截面形状和选择

支承件构造的合理设计是应在最小重量条件下，具有最大静刚度,静刚度包括弯曲刚度和扭转刚度，均与

极面惯性矩成正比。支承件板面形状不同，即使同一材料、相等鲂板面面积，其抗弯和扭转惯性矩也不同。

比拟后可知：

(1)无论是区方彤、囿也还是如彩，空心截而的刚度都比实心的大；〔2〕国〔环)形姬而的抗扭刚度比方

形好，而抗弯刚度比方形低；〔3〕封闭板面的刚度远远大于开口我面的刚度，特别是抗扭刚度c

支承件常用的材料：铸铁、钢板、型钢、天然花肉岩、预应力纲筋泥凝土、树脂泥凝土。

25.怎么提高支承件的热稳定性？

1.控制温升2.采用热对称构造3.采用热补偿装置

26..导轨设计中应满足哪些要求？P172

导就分为开式导机和闭式导轨，

精度高、承栽能力大、刚度好，摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、构造简单、工艺性好、

便于加工、装配、调整和维修、本钱低

直线运动的导就的截面形状：矩形、三角形、燕尾形、圆柱形

导轨间隙的调整:1.压板、2镶条，3导向调整板

滑动导轨的种类：1.粘贴塑料软带导轨2金属塑料发合导轨板3塑料涂层4.镀钢导轨

导轨的常用材料：铸铁、钢、有色金属、塑料

转位机构设计的方法：1液压〔或气动〕驱动的活塞齿条齿轮转位机构2.圆柱凸轮步进式转位机构3.

伺服电动机驱动的刀架转位

端面齿盘的定位特点：1、定位新度高2.重复定位精度好3.定位刚性好

刀具识别装置：接触式刀具识别装宽和非接触式道具识别装置非接触式道具识别装置分为1,磁性识别

法2.光电识别法3Ple可编程控制器实现随机换刀

5.轴向力传递：轴一锁紧蟀母-＞轴套一内图-外图-＞滚动体-左图-*箱体轴-＞轴肩一轴会

—*右图—*滚动体-*左阚—＞箱体

6〔见图标号〕

.1双列圆柱滚子轴承未预紧，改为螺母预紧

2双联滑移齿轮安装错了，改为大齿轮在左，即大小齿轮对调

3中间轴承不用圆锥滚子轴承，改为圆柱滚子轴承或是向心球轴承来承当径向力4应为两个

圆锥滚子轴承或是向心球轴承

5圆锥滚子轴承应该背对背安装，提高跨距我荷

6中间辅助支撑改为圆柱滚子轴承

间隙调整：右端拧母调整间隙，左端研磨密封环右边，然后通过拧锁紧螺母调整间隙

14.镶条和压板有什么作用？P174

镶条用来调整矩形导轨和燕尾形导轨侧向间隙。压板用来调整辅助导轨面的间隙和承受颠覆

力矩

加工中心的自动换刀装置及刀库类型〔1〕转塔式换刀装量①垂直转塔式；②水平转塔式〔2〕

刀库式换刀装置

①无机械手换刀方式；②机械手换刀方式；③机械手和刀具运送器。〔3〕成套更换方式换刀

装置

①更换转塔头；②更换主轴箱；③更换刀库。

形运动。

1、简单成形运动：如果一个独立的成形运动，是由单独的旋转运动或直线运动构成的，那

么此成形运动称为简单成形运动。

2、复合成形运动：如果一个独立的成形运动，是由两个或两个以上旋转运动或直线运动，

按照某种确定的运动关系组合而成，那么称此成形运动为复合成形运劫。

当形创运动不含主运动时，等价于进给运动

当形创运动含主运动时，等价于成形运动

机床的主要包括机床的主参数和根本参数，根本参数包括尺寸参数、运动参数及动力彖数

人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方

法，对人体构造特征和机能特征进展研究，提供人体各局部的尺寸、重量、体外表积、比重、

重心以及人体各局部在活动时的相互关系和可及范围等人体构造特征参数；还提供人体各局

部的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤

觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对

各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的

影响等。

制造业的的作用及现状:以机床为例，在我国已形成各具特色的六大开展区域，东北地区是

我国的数控机床、加工中心、重型机床和锻压设备、量刃具的主要开发生产区，沈阳机床行

业、大连机床行业、齐齐哈尔重型数控企业、哈尔浜量具刃具企业的金属切削机床产值约占

全国金属切削机床产值的三分之一，东部地区数控磨床产量占全国的四分之三，其中长江三

角洲地区，成为磨床，电加工机床、板材加工设备、工具和机床功能部件的主要生产恚地，

西部主要开展齿轮加工机床，西南地区重点开展齿轮加工机床，小型机床，西北地区，主要

开展磨床，数控加工中心，中部是重型机床和数控系统。

机械制造的具备的主要功能：1。加工精度要求，2,强度，刚度和抗振性方面的要求3,加

工稳定性方面要求，4,耐用度方面的要求5,技术经济方面的要求

四、分析推导〔12分，每题3分〕

1.试述图1所示谐波减速器工作原理,求出当

波发生器主动，刚轮固定，柔轮从动时的传动

比嗫?〔4分〕

答：〔1〕柔轮在波发生器作用下变成椭圆，使

其长轴两端的齿与刚轮完全啮合，短轴完全脱

开，其余的齿视回转方向的不同分别处于“啮

入"、"啮处”状态，由于美轮比刚轮少两个齿，

当波发生器连续回转时，啮入啮出区将随着椭

啮令

圆长短轴的相位的变化而依次变化，于是柔轮

图1谐波肉轮传动啃合过程示意图

就相对于不动的刚轮沿波发生器转向相反的方

向作低速回转。〔2分〕

⑵

当刚轮固定时，〃G=0

那么传动比为：%==-------—〔2分〕

1）由三个根本构件组成，即内齿刚轮G,外齿柔轮R和波发生器组成。柔轮比刚

2个或几个齿。（1分）

2）波发生器外径比柔轮内径大些，波发生器装入柔轮内时，使柔轮成为椭圆形，

其长轴两端与刚轮内齿啮合，短轴方向的齿完全脱开.〔1分〕

3）波发生器连续回转时，啮入啮出区，随着椭圆长短轴的向位变化而依次变。

〔1分〕

4）柔轮相对不动的刚G沿着波发生器的反方向低速回转。［1分］

5）特点：尺寸小、传动比大、承载能力强、传动平稳、传动精度，效率高.

以下图为液体静雅轴承工作原理图，试分析液体静压轴承的工作原理。

1〕势压轴承内外表，开有四个对称的油腔1、2、3、4,油泵输出定得分

压Ps,的油分别经节流阀Tl、T2、T3、T4送入各油腔。［2

分〕批阅人

2）当无外载荷时〔不考虑轴自重〕各油腔压力相等，P1=P2=P3=P4,

轴保持平衡，轴承径向间隙相等。Hl=h2=h3=h4o〔2分〕

3〕当有外加载荷时，（设外载F向下〕在外载作用下轴发生微移动e,h3=h—e

hl=h+eo〔3分〕

4）当h3变小，油压p3增大，而hl变答，油压pl减小，在p3—pl压差作用下，轴又回

到平衡位置。到达自动平衡状态。〔3分〕

四、计算题〔共10分）

某机床的主轴转速为n=40-180（）n/min,公比平二1.41,电动机的转速

n电二1800n/min,试拟定构造式、转速图。得分

^■；Rn—tllmax/Ulmin—1800/40—45,批阅人

Z—l=Lg45/Lgl.41=llZ=12〔2分〕

构造式：

12=3iX23XZ〔4分〕

1）第1扩大组为带轮减速，速比1/1.41

2)一级减速比为：1/1.41

3)二级减速比为：V

/1.41

4)三级减速比为：/6

/1.41

速度图:〔4分〕

42:30

18001800

1280

900

640

450

320

225

180

110

78

55

40

五.转速图设计：根据以下图所示Z3040摇臂钻床主传动系统转速图，答复以下

问题。〔15分〕

1）写出其构造式

2］写出V—VI轴间变速组的变速范围公式及其大小。1I

3〕写出VI轴变速范围公式及其大小。

4］找出轴ni-vi轴的计算转速。

61:392000

1250

80()

630

500

400

315

250

200

160

125

10()

80

63

40

25

Z3040摇臂转床主传动系统转速图

答：〔15分〕

1〕构造式为：16=22、2>2；><2〔4分〕

2〕*,=/"=1.263=6.35〔3分〕

3)R=RRR,R.=0=126"=so.9

〔5分〕

4）计算转数〔3分〕

轴号mWVVI

N50020010080

六.计算题：图为车床的传动系统图。公比吸1.41,电机转速为1440r/min。

标准转速表如下。

试求：〔1〕拟定构造式；〔2〕确定传动级数

〔3〕按表查出标准转速数列〔4〕画转速图〔共计20分〕

解：〔1〕拟定构造式；

构造式为：12="©々〔5分〕

〔2〕确定传动级数：12级〔2分〕

〔3〕按表查出标准转速数列

标准转速:40、56、80、112、160、224、315、450、、900、1250、1800

[5分]

4

〔

〔4〕速度图〔8分〕

1800r/min

1250

900

630

450

315

224

160

112

80

56

40

如下图为柴油机顶柱套筒铳槽工序的定位简图，大孔采用一个长圆柱

销，小孔采用一个菱形销。4=2答"mm,a=2羯*mm,

A—1Qmm,iQ^rnm,右_斑Qmm,试计算该定位方案

能否满足加工槽与两孔中心连线间所成角度^的要求？并

分析各定位原件所限制的何种自由度?

答：1〕传动路线表达式:

一24-

电］48r56

010036

1430I-—n40-in〔5分〕

01983632/

7.5kw30L/64j

_42_

2］机算％级数z,速度范围Rn〔5分〕

•Snm

3〕构造式为〔5分〕

电机带轮为第一扩大组，级比指数为2,i・・n轴间的变速组为根本

组，级比指数为1,u・ni轴间的变速组为第二扩大组级比指数为3。

4］转速图〔5分〕

（5分）

五.转速图设计：根据以下图所示Z3040摇臂钻床主传动系统转速图,

答复以下问题。【10分〕

1〕写出其构造式----------------

得分

2〕写出V—VI轴间变速组的变速范围公式及其大摩赢

小。II

3〕写出VI轴变速范围公式及其大小。

4〕找出轴田-VI轴的计算转速。

答：〔10分〕

1〕构造式为：16=22*2*2^2〔3分〕

2〕R=夕皿=1.263=6.35〔2分〕

2(2-1)5(2-1)4(2-1)8(2-1)19,io

3)Rn=RRRR=(p(p(p(p=(p=1.26=80-9

〔3分〕

4）计算转数〔2分〕

轴号mIVVVI

N500,20010080

2000

1250

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

80

63

40

25

Z3040摇臂转床主传动系统转速图

六.计算题：成批生产车乐，主轴转速为45---500r/min,为构造简单采用双速包机

方方二7.试画转速图、传动系统图。

〔标准转速：1000、710、500、355、250、180>125、90、63、45

〔齿数比：24:48、30:42;60:120、20:160

解：1.转速图》食尸吗由批量生产取中=1.41

〔2分〕

构造式：在。^2〔3分〕

某数控车床，主轴鼓高转速〃m”二纵X*r/min,最低转速〃口而=3r/min。采用直流

调速电动机，电动机功率N电二15kW,电动机额定转速〃〃=1500r/min,最高转速

%m“x=4500r/min。试设计分级变速箱传动系统〔要求无功率块口〕。〔13分〕

〔1〕确定主轴计算转速。〔2分〕

〔2〕确定变速级数Z和公比6.。〔4分〕

〔3〕确定主电动机最低转速。〔2分〕

〔4〕画出转速图和功率特性图。〔5分〕

答：［1)%二〃min—=44黑=159.24r/min〔2分〕

UI40)

(2)R,w=j=^221=25.12；^v=-^=—

"N丐159.24冰n(/15(

T="37。

当z=2时，9/=8.37〉R,w有功率”块口“；

当z=3时，0,=2.89<RM无功率"块口”，但降速比二一=9.42,如果带轮局部

V159.24

降速比为2,仍有降速比4.71>4不可选用；

当z=4时，=2.03</?州无功率"块口”，可选用。〔2分〕

/7,H_1500x40

⑶ninw=376.79r/min〔2分〕

nj159.24

〔4〕1］分级变速箱传动系统构造式：4=2)X22

、、…，111111

2,分配降速比市为二五尹方二正二产、亍

40

3〕验算最后变速组变速范围：r=0累2)=2.032(2T)=4.1：合格

4〕绘制转速图〔5分〕

转速图设计〔13分〕电1IIIII

根据图2所示Z3040推臂钻

床主传动系统转速图，答复

以下问题？〔13分〕⑴.写

出其构造式：〔2分〕(2).写

出V-VI轴间变速组的变速

范围公式及其大小〔2分〕

(3).写出VI轴变速范围公式

及其大小［1分］

某数左乍床主传动系统

(4).找出轴HI~VI的计算转

速［4分］

⑸.找出V轴上齿轮的计算转速：〔4分

答：⑴构造式：16=22x25x24x23;〔2分〕

齿轮Z20Z6iZ44Z34

nc315100100250

(2)vr==1.26&2T)=6.35;[2分]

⑶&=AGGG27”(27浦(27=/9=1力9=80.7

或R”二/=甯二80；〔1分：

〃min25

⑷

轴号|HI|w1VlvF

⑸/7c50020010080

物流系统构造一6.根据图示某车床主

传动系统转速图，答复以下问题？

〔1〕写出其构造式

〔2〕写出ii-ni轴间变速组的变速范围

〔3〕写出II［轴变速范围公式及其大小

⑷找出各轴的计算转速

〔5〕找出口轴上齿轮的计算转速

1

答：〔〕构造式：8=22X21X24;

〔2〕♦.•厂二夕"7)=1.4产2-1)=4；

〔3〕R“=r[r2r3=^2<2-1)^l<2'1)^4(2-,)==1.417«11

max1000

效----»

R"90

〃min

三_1?_i

〃/=〃疝〃3=90X1.413«159.57r/min

选〃/=185r/min

00.根据图示某车床主传动系统转速图，答发以下

轴号IIIIII

问题？

n700315185

⑴写出其构造式齿轮Z25Z59ZstZ”

⑵写出RI-IV轴间n,64315315445变速组的变速范围

〔3〕IV轴变速范围公或及其大小

⑷找出各铀的计算转速

⑸找出ni轴上齿轮的计算转速

答:〔1〕构造式：12=3[x2ax2e;

〔2〕..・r二夕武"<)=1.41627=8;

|(3,3(21)6<21)

〔3〕R”=f\r2r3=^->-^-=^"=1.41"«44

或R=』=¥29B44

〃加n31.5

⑷ni=31.5x1.413«90r/min

⑸

轴号III111IV

设计一台12级转速的车床主传动系统,

n,71035512590

齿轮Z[&Z<iOZ°2Z42

主轴最高转速为〃max=3000r/mino要求采用转速为355125125355

3000/1500/750r/min的三速电机。

1.求出公比°。

2.写出构造式。

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〕公比夕：%=亚必=0"，""=4;:.(p='\[4=1.41

750

〔2〕构造式：12=32x2]x2e

〔3〕最后变速组的变速范围r=。"叱"=1.4心2力=848合格

：4〕分配降速比

R”=，"min==3^^]=68.5r/min,〔标准转速67r/min]

“min炉L4「

⑸绘制转速图

物流系统组织的构造股分为水平式和垂直式。组织形式分为1.空间组织形式3.时间组织形式

物流系统的特点:1.实现价值的特点2.主要功能要素的特点3.物流过程的特点4物流运行的

特点

物流系统的组成环节有哪些？设计是应满足哪些要求？

答：水平式物流构造系统是由供给物流子系统，生产物流子系统，销售物流子系统组成；垂

直式物流子系统一般有管理层，控制层，作业层；要求：连续性于流畅性，平行性于穿插性，

比例性于协调性，均衡性于节奏性，准时性，柔性和适应性。

工厂的总体物流设计的根本步骤是什么？应注意哪些设计原那么〔要

求〕？物流系统是指工厂从支持生产活动所需的原料进厂,经储存，加工，装配，也装，

直至成品出厂这以全过程的物料在仓库与车间之间，车间之间，工序之间每个环节的流转，

移动和储存。原那么：1工厂平面布置合理化。2工厂物流活动与生产工艺流程同步化。3

物料搬运