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1、机械结构设计,习题答案,第一章 机械结构设计导论,1、机械结构包括那几个方面的设计？各自的设计内容和目的如何？本课程侧重学习的是哪方面设计？具体要求是什么？,机械结构设计，可分为下述三个方面：,（1）功能设计 为满足主要机械功能要求而进行的设计,（2）质量设计 兼顾各种要求和限制，提高产品的质量和性能价格比,（3）优化设计和创新设计 用结构设计变元等方法系统地构造优化设计解空间，用创造性设计思维方法和其他科学方法优选和创新。,本课程侧重学习功能设计和质量设计。,具体要求：学习结构设计的基本原则，了解结构设计的步骤和方法,2、结构设计过程的基本原则是什么？结合以往做过的课程设计（如减速器设计等）
2、，解释设计过程的原则。,从内到外、从重要到次要、从局部到整体、从粗略到精细、统筹兼顾、权衡利弊、反复检查、逐步改进。,设计基本结构草图，常常是先画工作面草图，然后在工作面之间填材料（即着手设计），逐步扩展设计，从局部到总体。在此过程中，通过改变工作面的大小、方位、数量及构件材料、表面特性、连接方式等，不断比较各种可能的结构，选择最佳方案。,第二章 机械结构设计导论,1、离合器的作用有哪些？离合器的分类如何？,离合器的作用是使同轴线的两轴、或轴与该轴上的空套传动件，如齿轮、皮带轮等，根据工作需要随时接通或分离，以实现设备的启停、变速、换向及过载保护。,按其结构、功能的不同,啮合式离合器,摩擦式离
3、合器,超越式离合器,安全离合器,按其操作方式的不同 ：操纵式（机械、气动、液压、电磁操纵式）和自动离合器,2、啮合式离合器有哪些优、缺点？应用于哪些场合？,由两个半离合器组成，利用两个半离合器的齿爪相互啮合传递运动和转矩。按其结构的不同，又可分为牙嵌式和齿轮式,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准确,缺点：但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 。,应用：用于要求保持严格运动关系，或速度较低的传动链中。,3、试述摩擦式离合器的优、缺点和使用场合？,优点：1、靠摩擦力传递运动和扭矩，过载时离合器接合面产生打滑，能避免损坏零件，起到安全
4、保护作用,2、且摩擦片的接合及分离动作是逐步完成的，连续且平稳，无冲击，可以在运转中进行,缺点：因摩擦片的打滑不能保证准确的传动比，且传递的扭矩不可过大,使用场合：广泛用于需要频繁启动、制动或速度大小及方向频繁变换的传动中。,18、单边拨动滑移齿轮，发生自锁时，如何消除？,为了使滑移齿轮能顺利移动,拨动力F必须克服滑移齿轮与轴间的摩擦阻力,B滑移齿轮长度,A滑移齿轮中心到拨叉拨动部位的径向距离,联立两方程,附加正压力 N:在接触长度一半上按三角形分布,代入f值后，可知,会发生自锁,因此设计时应保证使A满足下列条件,即,补充、写出传动路线表达式。P26图2-13,图2-14,图a是由两个滑移齿轮
5、变速组组成的变速系统,传动路线表达式：,六种转速,运动传至轴后，分两条路线传给主轴,在轴和轴之间、轴和轴之间采用了两个三联滑移齿轮变速组，轴的一种转速传至轴可变为9种,轴到轴之间的机构看成是变速级数为2的变速组,轴到轴之间33218级转速,一个变速传动系统的变速级数等于各变速组变速级数的乘积 ！,第三章 典型工程结构实例,4、符合轴向静定原则的轴向支承方式有哪三种？试简述每种支承方式的特点。P63,符合轴向静定原则的常见轴承轴向支承方式有三种,一端定位支承方式：固定-松弛支承方式,两端定位-调隙支承方式： 将两个轴向定位约束分别安置在轴两端的支承上，它通常由两个圆锥滚子轴承或两个角接触轴承组成
6、,装配时用螺母或其他方法调节轴承圈，保证所需的轴向间隙或轴向预紧,无轴向刚体位移,当轴的热膨胀比支承它的壳体热膨胀大时，会引起附加轴向力,可调节的轴承轴向间隙 限制附加轴向力,两端定位-游隙支承方式,近似于两端定位-调隙支承方式 ：将两个轴向约束分别安置在轴两端的支承上，但其中一个支承的轴向止推件和轴承圈(通常为外圈)之间留有一定的间隙S。,5、常用轴承中，哪些轴承可单独做固定支撑？哪些必须成对用作固定支承？哪些不可用作固定支承？P67,一端定位支承方式：由于松弛轴承在轴向完全自由，即不能承受任何轴向力，因此，固定支承必须要能承受正反双向轴向力,能承受很小轴向力,6、何谓松弛轴承？为什么松弛轴
7、承最多只能一圈轴向定位？至少必须一圈轴向定位？,在一端定位支承方式中，松弛轴承的功能是保证轴在轴向能完全自由伸缩,松弛轴承轴向定位的原则是，在满足轴承不承受轴向力的前提下，尽量多加轴向定位，避免轴承游动,当滚动体和一轴承圈之间在轴向有相对移动的可能性时，松弛轴承内外圈4个面都得轴向定位,当滚动体和任一轴承圈之间在轴向都无相对移动的可能性时，为避免轴承游动，至少将一圈轴向定位,7、分析图6-16，图6-18，图6-21，图6-22，图6-24，图6-25所示主轴的支承，他们是否符合轴向静定原则？分别属于哪一种轴向支承方式？,一端固定-一端松弛：图6-16,图6-18,图6-21,图6-22 两端
8、-调隙：图6-24,图6-25,第三章 CA6140型卧式车床的结构分析,1、分析CA6140车床传动系统 （1）证明f2=0.5f1（f1为纵向进给量，f2为横向进给量）。,F横=1*58/58*33/33*63/100*100/75*25/36*u基*25/36*36/25*u倍*28/56*36/32*32/56*4/29 *40/48*48/48*59/18*5=0.355*u基*u倍,F纵=1*58/58*33/33*63/100*100/75*25/36*u基*25/36*36/25*u倍*28/56*36/32*32/56*4/29 *40/48*28/80*Pi*2.5*12=
9、0.71*u基*u倍,f2=0.5f1,（2）算出主轴的转速级数Z、正转最高转速n和反转最低转速n。,转速级数Z=2*3*（1+2*2）=30,4条传动路线: u1=28/80*20/80=1/16; u2=28/80*51/50=1/4; u3=50/50*20/80=1/4; u4=50/50*51/50=1; u2=u3，所以只有3种传动比 所以：2*3*（4-1）=18 加上高速6级，总的24级 正转最高转速1400转/min，参考图5-16 反转最低转速：900*50/36*22/58*20/80*20/80*26/58=120,（3）当主轴转速分别为450r/min，160r/mi
10、n，40r/min时，各能实现扩大螺距多少倍？,转速20r/min,能扩大螺距16倍；40r/min扩大螺距4倍，160r/min不能扩大4倍及16倍，扩大16倍只能是最低6级转速、扩大4倍只能是次低6级转速,（4）主传动和刀架传动中共有几个换向机构？他们的作用是什么？能否互相替换？,主轴的两个换向装置：轴1正反（离合器）、轴IX，X实现左/右旋螺纹，溜板箱换向机构M6、M7实现进给左/右换向和横向进给前后换向。,（4）如果用光杆或丝杆既作车螺纹又作车外圆的传动机构，有什么问题？,车螺纹用丝杆精度较高，使用少磨损也少，可确保有较高的精度。另：光杆可以实现多种较小进给量，因此两者均不能取而代之。
11、,（6）车径节螺纹和车公制螺纹时刀架的传动路线有什么不同？为什么？,（7）为了提高传动精度，车螺纹的进给运动传动链中不应有摩擦传动件，而超越离合器却是靠摩擦传动的，为什么可以用于进给传动链中？,超越离合器防止高速和低速进给发生干涉。,2、分析CA6140车床结构 （1）主轴受轴向切削力作用后，如何传到箱体上？,（2）片式摩擦离合器传递功率的大小与哪些因素有关？如何传递转矩？怎样调整？离合器的轴向压力是如何平衡的？工作时摩擦离合器是否会自动松开？为什么？,P17+P78,工作原理：当压紧机构带动压紧套向左移动，将内外摩擦片相互压紧时，则轴1的运动靠摩擦片之间的摩擦力，通过外摩擦片传给齿轮2，将运
12、动接通。,因靠摩擦片之间的摩擦力传递扭矩，所以离合器传递扭矩的大小取决于压紧块的压紧力、摩擦片间的摩擦系数、摩擦片的作用半径以及摩擦面对数。,（3）对照主轴箱展开图，说明动力由电机传到轴1时为什么要采用卸荷带轮？转矩是如何传到轴1的？试画出轴1的有卸荷带轮和无卸荷带轮时的受力情况简图。,（4）CA6140车床共有几种离合器？说明它们各自的用途和特点。,八个离合器：M1双向多片式摩擦离合器，M2齿轮式啮合离合器，M8:超越离合器，M3M4M5齿轮式离合器，M6M7牙嵌式离合器,（4）溜板箱中蜗杆的转向变不变？快速电机的转向是否可以改变？为什么？,不变、不变,（6）指出起保护作用的装置的名称,作用和工作原理。,互锁机构 图4-15 制动器,（6）溜板箱中对开螺母操纵机构与纵向,横向进给操纵机构之间为什么需要互锁。,为了避免损坏机床P86,在接通机动进给或快速移动时,对开螺母不应闭合;反之,合上对开螺母时,就不许接通机动进给和快速移动。,
