1、机械结构设计机械结构设计习题答案习题答案第1页，共42页。第一章第一章 机械机械结构设计导论结构设计导论1、机械结构包括那几个方面的设计？各自的设计、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？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？具体要求是什么？第2页，共42页。机械结构设计，可分为下述三个方面：机械结构设计，可分为下述三个方面：（1）功能设计）功能设计 为满足主要机械功能要求而进行的设计为满足主要机械功能要求而进行的设计（2）质量设计）质量设计 兼顾各种要求和限制，提高产品的质兼顾各种要求和限制，提高产品的质量和性能价格比量
2、和性能价格比（3）优化设计和创新设计）优化设计和创新设计 用结构设计变元等方法系统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。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。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计的步骤和方法第3页，共42页。2、结构设计过程的基本原则是什么？结合以往做、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），解释设计过程过的课程设计（如减速器设计
3、等），解释设计过程的原则。的原则。第4页，共42页。从内到外、从重要到次要、从局部到整从内到外、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、体、从粗略到精细、统筹兼顾、权衡利弊、反复检查、逐步改进。反复检查、逐步改进。设计基本结构草图，常常是先画工作面设计基本结构草图，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，不量及构件材料、表面特性、连接方
4、式等，不断比较各种可能的结构，选择最佳方案断比较各种可能的结构，选择最佳方案。第5页，共42页。第二章第二章 机械机械结构设计导论结构设计导论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。设备的启停、变速、换向及过载保护。第6页，共42页。按其结构、功能的不同按其结构、功能的不同 啮合式离合器啮合式离合器 摩擦式
5、离合器摩擦式离合器 超越式离合器超越式离合器 安全离合器安全离合器 按其操作方式的不同按其操作方式的不同：操纵式（机械、气动、：操纵式（机械、气动、液压、电磁操纵式）和自动离合器液压、电磁操纵式）和自动离合器 第7页，共42页。2、啮合式离合器有哪些优、缺点？应用于哪、啮合式离合器有哪些优、缺点？应用于哪些场合？些场合？由两个半离合器组成，利用两个半离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，接合后不会产生优点：结构简单、紧凑，接合后不会
6、产生滑动，可传递较大扭矩且传动比准确滑动，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，或速度应用：用于要求保持严格运动关系，或速度较低的传动链中。较低的传动链中。第8页，共42页。3、试述摩擦式离合器的优、缺点和使用场合？、试述摩擦式离合器的优、缺点和使用场合？优点：优点：1、靠摩擦力传递运动和扭矩，过载、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，时离合器接合面产生打滑，能避免损坏零件，起到安全保护作
7、用起到安全保护作用 2、且摩擦片的接合及分离动作是逐步完成、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，可以在运转中的，连续且平稳，无冲击，可以在运转中进行进行 缺点：因摩擦片的打滑不能保证准确的传缺点：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动比，且传递的扭矩不可过大 使用场合使用场合：广泛用于需要频繁启动、制动或：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。速度大小及方向频繁变换的传动中。第9页，共42页。18、单边拨动滑移齿轮，发生自锁时，如何消除？、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为了使滑移齿轮能顺利移动,拨
8、动力拨动力F必须克必须克服滑移齿轮与轴间的摩擦阻力服滑移齿轮与轴间的摩擦阻力 NBFANfGfF322B滑移齿轮长度滑移齿轮长度 A滑移齿轮中心滑移齿轮中心到拨叉拨动部位的径到拨叉拨动部位的径向距离向距离 联立两方程联立两方程 fBAGfF31附加正压力附加正压力 N:在接触长度一半上按三角形分布在接触长度一半上按三角形分布 第10页，共42页。fBAGfF31代入代入f值后，可知值后，可知 1BA会发生自锁会发生自锁 因此设计时应保证使因此设计时应保证使A满足下列条件满足下列条件 1BABA 即即第11页，共42页。补充、写出传动路线表达式。补充、写出传动路线表达式。P26图图2-13,图图
9、2-14 图图a是由两个滑移齿轮变是由两个滑移齿轮变速组组成的变速系统速组组成的变速系统 ZZZZZZZZZZ5544332211传动路线表达式：传动路线表达式：六种转速六种转速第12页，共42页。运动传至运动传至轴后，轴后，分两条路线传给分两条路线传给主轴主轴 A6644642045185020在轴在轴和轴和轴之间、轴之间、轴和轴和轴之间采用了两之间采用了两个三联滑移齿轮变速组，轴个三联滑移齿轮变速组，轴的一种转速传至的一种转速传至轴轴可变为可变为9种种 轴轴到轴到轴之间的之间的机构看成是变速级机构看成是变速级数为数为2的变速组的变速组 第13页，共42页。轴轴到轴到轴之间之间33218级转
10、速级转速 一个变速传动系统一个变速传动系统的变速级数等于各的变速级数等于各变速组变速级数的变速组变速级数的乘积乘积！第14页，共42页。第三章第三章 典型工程结构实例典型工程结构实例4、符合轴向静定原则的轴向支承方式有哪三、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。种？试简述每种支承方式的特点。P63第15页，共42页。符合轴向静定原则的常见轴承轴向支承方式有三种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：固定一端定位支承方式：固定-松弛支承方式松弛支承方式 第16页，共42页。两端定位两端定位-调隙支承方式：调隙支承方式：将两个轴向定位约束分别安置
11、在轴两端的支承上，它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通常由两个圆锥滚子轴承或两个角接触轴承组成 装配时用螺母或其他方法调节轴承圈，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保证所需的轴向间隙或轴向预紧 无轴向刚体位移无轴向刚体位移 当轴的热膨胀比支承它的壳体热膨胀当轴的热膨胀比支承它的壳体热膨胀大时，会引起附加轴向力大时，会引起附加轴向力 可调节的轴承轴向间隙可调节的轴承轴向间隙 限制附加限制附加轴向力轴向力第17页，共42页。两端定位两端定位-游隙支承方式游隙支承方式 近似于两端定位近似于两端定位-调隙支承方式调隙支
12、承方式：将两个轴向约束分别：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和轴承圈(通常为外圈通常为外圈)之间留有一定的间隙之间留有一定的间隙S。第18页，共42页。5、常用轴承中，哪些轴承可单独做固定支撑？、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？哪些不可用作哪些必须成对用作固定支承？哪些不可用作固定支承？固定支承？P67一端定位支承方式：由于松弛轴承在轴向完一端定位支承方式：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
13、双向轴向力定支承必须要能承受正反双向轴向力 能承受很小轴向力能承受很小轴向力 第19页，共42页。6、何谓松弛轴承？为什么松弛轴承最多只能、何谓松弛轴承？为什么松弛轴承最多只能一圈轴向定位？至少必须一圈轴向定位？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，尽量多加轴向定不承受轴向力的前提下，尽量多加轴向定位，避免轴承游动位，避免轴承游动 第20页，共42页。当滚动体和一轴承圈之间在
14、轴向有相对移动的可能性时，当滚动体和一轴承圈之间在轴向有相对移动的可能性时，松弛轴承内外圈松弛轴承内外圈4个面都得轴向定位个面都得轴向定位 第21页，共42页。当滚动体和任一轴承圈之间在轴向都无相对移动的可能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性时，为避免轴承游动，至少将一圈轴向定位第22页，共42页。7、分析图、分析图6-16，图，图6-18，图，图6-21，图，图6-22，图图6-24，图，图6-25所示主轴的支承，他们是否所示主轴的支承，他们是否符合轴向静定原则？分别属于哪一种轴向支符合轴向静定原则？分别属于哪一种轴向支承方式？承方式？
15、一端固定一端固定-一端松弛：图一端松弛：图6-16,图图6-18,图图6-21,图图6-22两端两端-调隙：图调隙：图6-24,图图6-25第23页，共42页。第三章第三章 CA6140型卧式车床的结构分析型卧式车床的结构分析1、分析、分析CA6140车床传动系统车床传动系统（1）证明）证明f2=0.5f1（f1为纵向进给量，为纵向进给量，f2为为横向进给量）。横向进给量）。F横横=1*58/58*33/33*63/100*100/75*25/36*u基基*25/36*36/25*u倍倍*28/56*36/32*32/56*4/29*40/48*48/48*59/18*5=0.355*u基基*
16、u倍倍F纵纵=1*58/58*33/33*63/100*100/75*25/36*u基基*25/36*36/25*u倍倍*28/56*36/32*32/56*4/29*40/48*28/80*Pi*2.5*12=0.71*u基基*u倍倍f2=0.5f1第24页，共42页。（2）算出主轴的转速级数）算出主轴的转速级数Z、正转最高转速、正转最高转速n和反转最低转速和反转最低转速n。转速级数转速级数Z=2*3*（1+2*2）=304条传动路线条传动路线: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
17、;u2=u3，所以只有，所以只有3种传动比种传动比所以：所以：2*3*（4-1）=18加上高速加上高速6级，总的级，总的24级级正转最高转速正转最高转速1400转转/min，参考图，参考图5-16反转最低转速：反转最低转速：900*50/36*22/58*20/80*20/80*26/58=120第25页，共42页。（3）当主轴转速分别为）当主轴转速分别为450r/min，160r/min，40r/min时，各能实现扩大螺距多少倍？时，各能实现扩大螺距多少倍？转速转速20r/min,能扩大螺距能扩大螺距16倍；倍；40r/min扩大螺扩大螺距距4倍，倍，160r/min不能扩大不能扩大4倍及倍
18、及16倍，扩大倍，扩大16倍只能是最低倍只能是最低6级转速、扩大级转速、扩大4倍只能是次低倍只能是次低6级转速级转速第26页，共42页。（4）主传动和刀架传动中共有几个换向机构？）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？他们的作用是什么？能否互相替换？主轴的两个换向装置：轴主轴的两个换向装置：轴1正反（离合器）、轴正反（离合器）、轴IX，X实现左实现左/右旋螺纹，溜板箱换向机构右旋螺纹，溜板箱换向机构M6、M7实现进给左实现进给左/右换向和横向进给前后换向。右换向和横向进给前后换向。第27页，共42页。（4）如果用光杆或丝杆既作车螺纹又作车外）如果用光杆或丝杆既作车
19、螺纹又作车外圆的传动机构，有什么问题？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。小进给量，因此两者均不能取而代之。第28页，共42页。（6）车径节螺纹和车公制螺纹时刀架的传动）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？路线有什么不同？为什么？挂轮挂轮螺纹螺纹小小蜗杆蜗杆大大路线路线公制公制M5接合接合英制英制M3、M5合合第29页，共42页。（7）为了提高传动精度，车螺纹的进给运动）为了提高传动精度，车
20、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却是靠摩擦传动的，为什么可以用于进给传动链中？动链中？超越离合器防止高速和低速进给发生干涉。超越离合器防止高速和低速进给发生干涉。第30页，共42页。2、分析、分析CA6140车床结构车床结构（1）主轴受轴向切削力作用后，如何传到箱）主轴受轴向切削力作用后，如何传到箱体上？体上？第31页，共42页。（2）片式摩擦离合器传递功率的大小与哪些）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
21、衡的？工作时摩擦离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？合器是否会自动松开？为什么？P17+P78第32页，共42页。工作原理：当压紧机构带动压紧套向左移动，将内外工作原理：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，则轴摩擦片相互压紧时，则轴1的运动靠摩擦片之间的摩的运动靠摩擦片之间的摩擦力，通过外摩擦片传给齿轮擦力，通过外摩擦片传给齿轮2，将运动接通。，将运动接通。因靠摩擦片之间的摩擦因靠摩擦片之间的摩擦力传递扭矩，所以离合力传递扭矩，所以离合器传递扭矩的大小取决器传递扭矩的大小取决于压紧块的压紧力、摩于压紧块的压紧力、摩擦片间的摩擦系数、摩擦片间的摩
22、擦系数、摩擦片的作用半径以及摩擦片的作用半径以及摩擦面对数。擦面对数。第33页，共42页。（3）对照主轴箱展开图，说明动力由电机传到轴）对照主轴箱展开图，说明动力由电机传到轴1时时为什么要采用卸荷带轮？转矩是如何传到轴为什么要采用卸荷带轮？转矩是如何传到轴1的？试的？试画出轴画出轴1的有卸荷带轮和无卸荷带轮时的受力情况简的有卸荷带轮和无卸荷带轮时的受力情况简图。图。第34页，共42页。第35页，共42页。（4）CA6140车床共有几种离合器？说明它们各自的车床共有几种离合器？说明它们各自的用途和特点。用途和特点。八个离合器：八个离合器：M1双向多片式摩擦离合器，双向多片式摩擦离合器，M2齿轮式
23、啮合离合器，齿轮式啮合离合器，M8:超越离合器，超越离合器，M3M4M5齿轮式离合器，齿轮式离合器，M6M7牙嵌式离合器牙嵌式离合器第36页，共42页。（4）溜板箱中蜗杆的转向变不变？快速电机的转向）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？是否可以改变？为什么？不变、不变不变、不变第37页，共42页。（6）指出起保护作用的装置的名称）指出起保护作用的装置的名称,作用和工作原理。作用和工作原理。互锁机构互锁机构 图图4-15制动器制动器第38页，共42页。（6）溜板箱中对开螺母操纵机构与纵向）溜板箱中对开螺母操纵机构与纵向,横向进给操横向进给操纵机构之间为什么需要互锁。纵机构之间为什么需要互锁。为了避免损坏机床为了避免损坏机床P86,在接通机动进给或快速在接通机动进给或快速移动时移动时,对开螺母不应闭合对开螺母不应闭合;反之反之,合上对开螺母合上对开螺母时时,就不许接通机动进给和快速移动。就不许接通机动进给和快速移动。第39页，共42页。第40页，共42页。第41页，共42页。第42页，共42页。
