《机械制造装备设计》模拟试题 (1)

一、填空题

1、机械制造装备的组成包括（加工设备）、（工艺设备）、（工件输送装备）和（辅助装备）。 2、加工装备主要指（金属切削机床）、（特种加工机床）以及（金属成型机床）。 3、工艺装备是机械加工中所使用的（刀具）、（模具）、（机床夹具）、（量具）、（工具）的总称。 4、辅助装备包括（清洗剂）、（排屑装置）、（计量装置）等。 2、机床运动分配的四个原则：（将运动分配给质量小的零件）、（运动分配应有利于提高工件的加工精度）、（运动分配应有利于提高运动部件的刚度）、（运动分配应视工件形状而定）。 2、机床设计大致包括：(总体设计)、(技术设计)、（零件设计及资料编写）、（样机试制和试验鉴定）四个阶段。 3、机械制造装备设计可分为：（创新设计），（变形设计）和（模块化设计）。 4、机床的总体方案拟定包括（ 掌握机床的设计依据）、（工艺分析 ）、（总体布局 ）、（ 确定主要的技术参数 ）。 5、机床的主要技术参数包括（ 主参数）、（ 尺寸参数 ）、（ 运动参数 ）、（动力参数 ）。 尺寸参数：指影响机床加工性能的一些尺寸。

运动参数：指机床执行件（主轴或工作台、刀架）的运动速度.

动力参数：包括驱动机床的各种电动机功率或转矩，液压马达和液压缸的牵引力等

6、主轴的尺寸参数主要有：（主轴前后支撑轴颈D1,D2），（主轴内孔直径d），（主轴前端的悬伸量a）和（主轴的支承跨距L）。

6、主轴的技术要求：主轴轴承是根据（载荷性质）、（转速)、（机床的精度）选择的。 6、机床总体布局中提高动刚度的措施：（提高抗震性）、（减小热变形）、（降低噪声）。 7、推力轴承在主轴上的位置影响主轴的轴向精度和主轴（热变形方向和大小），设计时，一般普通机床采用（后端定位），数控机床采用（前端定位），组合机床采用（两端定位）。 8、推力轴承位置配置方式：（前端定位），（后端定位），（两端定位），(中间定位)。 9、机床的主传动形式有：（机械传动）、（液压传动）、（电气传动）。 10、机床主轴组件应满足的基本要求是（旋转精度）、（刚度）、（抗振性）、（温升与热变形）、（精度保持性） 11、提高主轴部件性能措施：（提高旋转精度）、（提高刚度）、（提高动刚度）。 12、导轨应满足的要求：（导向精度 ）、（精度保持性 ）、（有足够的刚度 ）、（低速运动平稳性）、（结构简单，工艺性好）。

13、机械制造装备应满足的功能包括：（加工精度），（强度）、（刚度和抗震性），（加工稳定性），（耐用度和性价比）。

12、转速图的一点三线包括：（转速点）、（转速线）、（传动轴线）、（传动线）。 13、主轴滚动轴承的选择：（双列圆柱滚子轴承）、（双向推力角接触轴承)、 (圆锥滚子轴承和深沟球轴承)、(角接触球轴承)。 14、扩大变速范围的传动系统设计的方法：（增加变速组的传动系统）、（单回曲机构）、（对称双公比传动系统）、（双速电动机传动系统）。

15、提高支承件静刚度的措施：（隔板和加强肋）、（支承件开孔后的刚度补偿）、（提高接触刚度）。 16、直线导轨的截面形状：（矩形）、（三角形）、（燕尾形）和（圆柱形）。

17、导轨的功用是（承受载荷）和（导向)。 18、常见导轨副材料：（铸铁），（钢），（塑料）。 19、滚珠丝杠副的支承方式:（全固式）、（固游式）、（全游式）。 20、滚珠导轨副预紧方式：（GGB型滚珠导轨副由制造厂选配不同直径的钢球来确定预紧力）；（HJG—K滚子导轨副通过楔铁的纵向位置预紧）。

二、判断题

1、卧式支承的机床，重心低，刚度大，是中小型机床的首选支承形式。 2、机床的主轴转速绝大多数是按照等比数列排列的。 3、主轴转速数列标准公比的取值范围为 1＜φ≤2 。

4、最大相对转速损失率Amax只与公比φ有关，是恒定值；

5、对于中型机床，公比φ一般选取1.26或1.41。

6、对于大型重型机床，公比φ一般选取1.26、1.12或1.06。 7、对于非自动化小型机床，公比φ一般选取1.58、1.78甚至2。 8、转速图包括一点三线：转速点，转速线，传动轴线，传动线。 9、一般机床的三角形导轨的角度常取90。 10、重型机床的三角形导轨的角度90。 11、精密机床和滚齿机的三角形导轨90。

12、主轴支承方式：多数机床的主轴采用前、后两个支承。为提高刚度和抗振性，有的机床采用三个支承。三个支承中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承。

13、基本组的传动副数，用P0表示，级比指数用x0表示。

14、一个变速组内的最大传动比 与最小传动比 的比值称为变速组的变速范围；其中，级比指数为 1 的变速组称为基本组，第一扩大组的级比指数为 x1=x0×p0 （用公式表示）。

15、在设计机床传动时，一般最小传动比为imin≥1／4；直齿轮的最大传动比imax≤2。 16、按转速图传动副数前多后少原则的数学表达式为3≥Pa≥Pb≥Pc≥…。 17、按转速图扩大顺序原则的数学表达式为xa18、按转速图最小传动比原则的数学表达式为iamin≥ibmin≥icmin≥…≥1/4。 19、当变速组内各齿轮副的齿数和不相等时，齿数和的差不能大于3。 20、主轴或其它传动件传递全部功率的最低转速称为计算转速。 21、 机床的功率转矩特性：

①主运动为直线运动的机床 即主传动属于恒转矩传动。

②主运动为旋转运动的机床 因功率是转矩与角速度的乘积，故主传动属于恒功率传动。

三、名词解释

1、机床应具有的性能指标（机床应满足的基本要求及理由？） ①工艺范围 ：指机床适应不同生产要求的能力，它包括可加工的零件类型，表面形状和尺寸及加工方法等。 ②加工精度：指被加工工件表面的形状，位置，尺寸的准确度，表面的粗糙程度。

③生产率和自动化：生产率指机床在单位时间内所能加工的工作数量；自动化程度越高，生产率就越高。 ④可靠性：指机床在整个使用寿命期间内完成规定功能的能力。

⑤柔性：指机床适应加工对象变化的能力，包括功能柔性和机构柔性。

2、转速图：转速图是表示主轴各转速的传递路线和转速值，各转动轴的转速数列及转速大小，各转动副的转动比的线图。

3、转速图中的一点三线是什么？

(1)转速点 ： 表示主轴和各传动轴的转速值 (2)转速线 ： 表示主轴的转速数列值 (3)传动轴线 ：表示具有的轴数量

(4)传动线 ： 表示一对齿轮副或一个传动比

4、传动组的变速范围：变速组中最大最小转动比的比值，称为该变速组的变速范围。

5、滚动导轨：导轨副摩擦面之间放置钢球等滚动体，使滑动摩擦变为滚动摩擦，形成滚动导轨。

6、机床的抗震性：指机床工作部件在交变载荷下抵抗变形的能力，包括抵抗受迫振动（即抗震性）和自激振动的能力（即切削稳定性）。

7、变速组的级比：是指主动轴上同一点传往从动轴相邻两传动路线的比值、 8、主轴组件应满足的基本要求：

①旋转精度：旋转精度指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。 ②静刚度(即刚度）：是主轴组件在静载荷作用下抵抗变形的能力 ③动刚度（即抗震性）：机床在额定载荷下切削时，主轴组件抵抗变形的能力。动刚度实际上是抵抗受迫振动和自激振动的能力。

④温升与热变形：主轴组件工作时由于摩擦和搅油等损耗而产生热量，出现温升。温升使主轴组件的形状和位置发生畸变，称之为热变形。 ⑤精度保持性（耐磨性）：指主轴组件长期保持其原始制造精度的能力。 9、主轴轴向定位： 指为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度，推力轴承在主轴前后支承的配置形式。它影响主轴的刚度、热变形方向和大小。

10、动压轴承的工作原理：当主轴旋转时，带动润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。

五、简答题

1、机床传动系统为什么要前多后少，前密后疏，前缓后急？

•传动件越靠近电动机，其转速就越高，在电动机功率一定的情况下，所需传递的转矩就越小，传动件和传动轴的几何尺寸就越小。因此，从传动顺序来讲，应尽量使前面的传动件多一些，即前多后少原则。

•为了其变速范围不超出极限值，在公比一定的情况下，级比指数和传动副数是影响变速范围的关键因素，只有控制Xj(Pj1)的大小，才能使变速组的范围不超过允许值。因此，扩大顺序应采用前密后疏原则。即变速组中，级比指数小，传动线密；级比指数大，传动线疏。

•从电动机到主轴之间的总趋势是降速传动，在分配各变速组传动比时，为使中间轴具有较高的转速，以减小传动件的尺寸，前面的变速组要慢些，后面的变速组要快些，但中间轴的转速不应过高，以免产生振动、发热和噪声。

2、设计机床转速图的步骤是什么？

①根据转速图的拟定原则，确定结构式，画出结构网； ②分配各传动组的最小传动比，拟定出转速图。 3、主传动链转速图的拟定原则： ①极限传动比，极限变速范围；

②确定传动顺序及传动副数原则————“前多后少”原则； ③确定扩大顺序原则—————————“前密后疏”原则； ④确定最小传动比原则————————“前缓后急”的原则 3、分级进给传动设计的原则：

•等差数列进给传动，设计时以满足工艺需求为目的；

•随机数列进给传动系统，如齿轮加工的分齿运动链，采用交换齿轮机构； •等比进给传动应遵循以下原则：

①进给传动系统的极限传动比，极限变速范围 ②进给传动扩大顺序原则，最小传动比原则。 一般情况下：扩大顺序采用“前密后疏”原则；

最小传动比采用“前缓后急”原则，以提高传动系统精度。 3、分级变速主传动系统的设计内容和步骤是什么？

在已确定传动形式、主变速传动系统的运动参数的基础上，拟定结构式、转速图，合理分配各传动副的传动比，确定齿轮齿数和带轮直径等，绘制主传动的传动系统图。 4、分级传动结构式意义

表示了分级传动系统的转速级数，变速组数目及其传动副数，传动顺序和各变速组的传动比大小。 2、试述确定标准公比φ的原则？公比过大或过小有哪些问题？

答：因为转速由nmin至nmax必须递增，所以公比φ应大于1；为了转速损失的最大值Amax不大于50%，则相应的公比φ不得大于2，故1<φ<2；为了使用记忆方便，转速数列中转速呈10倍比关系，故φ应在φ=E1√10（E1为正整数）中取数。

公比值小则相对转速损失少，但当变速范围一定时变速级数将增多变速箱的结构复杂，公比值大则转速损失大。 3、齿轮轴向布置原则：

①滑移齿轮机构中，必须当一对齿轮副完全脱离后，另一对齿轮才能进入啮合

②为避免滑移齿轮与固定的小齿轮齿顶相碰，三联滑移齿轮的最大、次大齿轮的齿数差不应小于4； ③为减少轴向长度，应采用窄式排列；

④滑移齿轮应装在主动轴上，以减少滑移齿轮的质量，易于操纵 5、相邻两个变速组齿轮的轴向排列及特点（P50） 4、确定标准公比的原则？（P14）

①通用机床：辅助时间与准备结束时间长，机动时间在加工周期中占的比重不大，转速损失不会因加工周期过多而延长，为使变速箱不过于复杂，一般取1.26或1.41等较大公比。 ②大批量的专用机床：情况相反，通常取1.12或1.26较小的公比。

③自动化小型机床：切削时间远小于辅助时间，通常取公比为1.58,1.78,2以简化机床结构。 5、机床进给传动的基本要求： ①有较高的静刚度；

②具有良好的快速响应性，抗震性能好，有良好的方爬行性能，切削稳定性好； ③进给系统有较高的传动精度和定位精度； ④能满足工艺需求，有足够的变速范围；

⑤结构简单，制造工艺性好，调整维修方便，操纵轻便灵活； ⑥制造成本低，有较好的经济性。

7、设计机床的主传动系统时应满足的基本要求有哪些？ 1）满足机床的使用要求，有足够的变速范围和转速级数

2）满足机床传递动力的要求，传动系统应能传递足够的功率和扭矩

3）满足机床的工作性能要求，传动系统应有足够的刚度、精度、抗振性能和较小的热变形 4）满足经济性要求

8、提高传动精度的措施： ①尽量缩短传动链。

②使尽量多的传动路线采用先缓后急的降速传动，且末端传动组件（包括轴承）要有较高的制造精度，支撑刚度，必要时采用校正机构。

③升速传动，尤其是传动比大的升速传动，传动件的制造精度应高一些，传动轴组件应有较高的支承刚度，减小误差源的误差值，避免误差在传动中扩大；

④传动链应有较高的刚度，减少受载后的弯曲变形，主轴及较大传动件应作动平衡，或采用阻尼减震结构，提高抗震能力。

10、试述主轴转速一般为什么按等比数列排列?

(1)设计方便，如果机床的主轴转速数列是等比的，公比为φ，且转速级数 z为非质数。则这个数列可分解成几个等比数列的乘积，使传动设计简化。 (2)使用方便，最大相对转速损失率相等。 11、主轴组件传动方式有哪些？

•带传动：靠摩擦力传递动力，结构简单，中心距调整方便，能抑制振动，噪声低，特别是用于高速主轴。 •齿轮传动：能传递较大的转矩，结构紧凑，尤其适用于变速传动。 •电动机直接驱动

12、试分析主轴的结构参数：跨度，悬伸量，外径，内孔对主轴部件抗弯刚度的影响？

答：在满足结构要求的前提下，应尽量减少悬伸量，以提高主轴刚度，主轴支承跨距越大，主轴自身的刚度越小，刚度衰减系数WdD可知内孔d与外径D的比值越大，刚度越小。

13、支承件为什么要进行刚度补偿？

①支承件不封闭的部分，将存在刚度损失，必须进行补偿。 ②导轨与床身过渡连接处存在局部刚度损失。 ③箱体轴承孔处存在刚度损失。

14、支承件的基本要求：1.具有足够静刚度和较高固有频率 2.良好的动态特性 3.应结构合理，形状稳定，热变形小，受热变形后对加工精度影响较小 4.支撑件应排屑畅通，工艺性好，成本低，吊运安装方便。 14、爬行现象的原理及改善措施：

机床上有些运动部件，需要低速或微小位移。当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，从动件往往出现明显的速度不均的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象，这种在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。爬行是一种摩擦自激振动，其主要原因是摩擦面上的动摩擦因数小于静摩擦因数，且动摩擦因数随滑移速度的增加而减小以及传动系统弹性变形。

消除爬行措施：①减少静动摩擦因数之差②提高传动系统刚度③尽量减少工作台质量。 13、滚珠丝杠副特点：

①传动效率高，摩擦损失小。②适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好。③运动平稳，无爬行现象，传动精度高。④有可逆性，即丝杠和螺母都可以作为主动件。⑤磨损小，使用寿命长。⑥制造工艺复杂。 ⑦摩擦角小于10

14、根据什么原则选择支承件的截面形状

支承件结构的合理设计是应在最小质量条件下，具有最大静刚度。具体为：

1）空心截面的刚度都比实心的大，且同样的断面形状和相同大小的面积，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高；

2）园（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低； 3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。 17、

nn'n'Sn1(1)10％Sn为①实际转速n’与标准转速； nnSz100n~的相对转速误差120; ②齿轮副的齿数和Z17受啮合重合度的，直齿圆柱齿轮最小齿数； minZ14； 采用正变位，保证不根切的情况下，直齿圆柱齿轮最小齿数

min若齿轮和轴为键连接，则应保证齿根圆至键槽顶面的距离大于两个模数，以满足其强度要求，即Zmin6.5

m1、主轴支承方式：多数机床的主轴采用前、后两个支承。

为提高刚度和抗振性，有的机床采用三个支承。三个支承中可以前、后支承为主要支承，中间支承为辅助支承。 主轴轴向定位： 指为使主轴具有足够的轴向刚度和轴向位置精度，推力轴承在主轴前后支承的配置形式。它影响主轴的刚度、热变形方向和大小。

分析主轴推力支承的配置形式及其结构特点？

答：①前端配置，两个方向的推力支承部布置在前支承处，这类配置方案在前支承处轴承较多，发热大，温升高，但主轴受热后向后伸长，不影响轴向精度，精度高，对提高主轴部件刚度有利，用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床②后端配置，两个方向的推力轴承都布置在后支承处，这类配置方案前支承轴承较少，发热小，温升低，但是主轴受热都向前伸长，影响轴向精度，用于轴向精度要求不高的普通精度机床③两端配置，两个方向的推力轴承分别布置在前、后两个支承处，这类配置方案当主轴受热伸长后，影响主轴轴承的轴向间隙。为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀，两端配置常用于短主轴④中间配置，两个方向的推力轴承配置在前支承的后侧，这类配置方案可减少主轴的悬伸量，并使主轴受热膨胀后向后伸长，但前支承结构复杂，温升也可能较高。

2、导轨的作用是什么？如何分类?

导轨的功用：支承并引导运动部件沿一定的轨迹运动。 导轨按运动性质分为：

2T

主运动导轨：主运动导轨副之间相对运动速度较高，主要用于龙门铣刨床、普通刨插床等主运动导轨； 进给运动导轨：进给运动导轨副之间的相对运动较低，机床中大多数导轨属于进给运动导轨； 移置导轨：调整部件之间的相对位置，在机床工作中没有相对运动，如卧式车床的尾座导轨。 导轨按摩擦性质分为：

滑动导轨：按产生油膜的方式，可分为动压轴承和静压轴承两类。 按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气体滑动轴承。

滚动导轨

导轨按受力状态分为：

开式导轨：不能承受较大倾覆力矩 闭式导轨：可以承受倾覆力矩

七、计算题

1、已知某机床的主轴转速为n=100~1120r/min，转速级数Z=8，电动机转速nm=1440r/min。试根据机床主传动系统的设计原则，完成：

㈠. 拟定传动系统的结构式； ㈡. 设计转速图； ㈢. 画出转速图。 ㈠. 计算公比φ

Z1已知：R1120，Z=8 . 根据 R, 则lglgRlg11.19, 即：φ=1.41

100Z17㈡．确定传动组、传动副和扩大顺序

根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：① Z=4ⅹ2； ② Z=2ⅹ4；③ Z=2ⅹ2ⅹ2

在方案①，②中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传动轴轴向长度，所以选择方案③：Z=2ⅹ2ⅹ2

根据前疏后密原则，选择结构式为： 8=21ⅹ22ⅹ24 ㈢. 转速图绘制设计

① 主轴各级转速为：100，140，200，280，400，560，800，1120 r/min

② 确定定比传动比：取轴Ⅰ的转速值为800r/min，则电机轴与轴 的传动比为：

i08001

14401.8③ 确定各变速组最小传动比

从转速点800 r/min到100r/min共有6格，三个变速组的最小传动线平均下降两格，按照前缓

后急的原则，第二变速组最小传动线下降2格；第一变速组最小传动线下降2-1=1格；第三变速组最小传动线下降2+1=3格。

㈣. 绘制转速图