上理机械结构设计习题答案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

机械结构设计机械结构设计习题答案习题答案第第1页页第一章第一章 机械机械结构设计导论结构设计导论1、机械结构包含那几个方面设计？各自设计内容、机械结构包含那几个方面设计？各自设计内容和目标怎样？本课程侧重学习是哪方面设计？详细和目标怎样？本课程侧重学习是哪方面设计？详细要求是什么？要求是什么？第第2页页机械结构设计，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）功效设计）功效设计 为满足主要机械功效要求而进行设计为满足主要机械功效要求而进行设计（2）质量设计）质量设计 兼顾各种要求和限制，提升产品质量兼顾各种要求和限制，提升产品质量和性能价格比和性能价格比（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结构优化设计解空间，用创造性设计思维方法和其它地结构优化设计解空间，用创造性设计思维方法和其它科学方法优选和创新。科学方法优选和创新。本课程侧重学习功效设计和质量设计。本课程侧重学习功效设计和质量设计。详细要求：学习结构设计基本标准，了解结构设计详细要求：学习结构设计基本标准，了解结构设计步骤和方法步骤和方法第第3页页2、结构设计过程基本标准是什么？结合以往做过、结构设计过程基本标准是什么？结合以往做过课程设计（如减速器设计等），解释设计过程标准。课程设计（如减速器设计等），解释设计过程标准。第第4页页 从内到外、从主要到次要、从局部到整从内到外、从主要到次要、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、重复检验、逐步改进。重复检验、逐步改进。设计基本结构草图，经常是先画工作面设计基本结构草图，经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，经过改变工作面大小、方位、数量过程中，经过改变工作面大小、方位、数量及构件材料、表面特征、连接方式等，不停及构件材料、表面特征、连接方式等，不停比较各种可能结构，选择最正确方案比较各种可能结构，选择最正确方案。第第5页页第二章第二章 机械机械结构设计导论结构设计导论1、离合器作用有哪些？离合器分类怎样？、离合器作用有哪些？离合器分类怎样？离合器作用是使同轴线两轴、或轴与离合器作用是使同轴线两轴、或轴与该轴上空套传动件，如齿轮、皮带轮等，依该轴上空套传动件，如齿轮、皮带轮等，依据工作需要随时接通或分离，以实现设备启据工作需要随时接通或分离，以实现设备启停、变速、换向及过载保护。停、变速、换向及过载保护。第第6页页按其结构、功效不一样按其结构、功效不一样 啮合式离合器啮合式离合器 摩擦式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 按其操作方式不一样按其操作方式不一样：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 第第7页页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？应用于哪些场所？些场所？由两个半离合器组成，利用两个半离由两个半离合器组成，利用两个半离合器齿爪相互啮合传递运动和转矩。按其合器齿爪相互啮合传递运动和转矩。按其结构不一样，又可分为牙嵌式和齿轮式结构不一样，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，普通只能缺点：但齿爪不易在运动中啮合，普通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，或速度较低传动链中。较低传动链中。第第8页页3、试述摩擦式离合器优、缺点和使用场所？、试述摩擦式离合器优、缺点和使用场所？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，能防止损坏零件，时离合器接合面产生打滑，能防止损坏零件，起到安全保护作用起到安全保护作用 2、且摩擦片接合及分离动作是逐步完成，、且摩擦片接合及分离动作是逐步完成，连续且平稳，无冲击，能够在运转中进行连续且平稳，无冲击，能够在运转中进行 缺点：因摩擦片打滑不能确保准确传动比，缺点：因摩擦片打滑不能确保准确传动比，且传递扭矩不可过大且传递扭矩不可过大 使用场所使用场所：广泛用于需要频繁开启、制动或：广泛用于需要频繁开启、制动或速度大小及方向频繁变换传动中。速度大小及方向频繁变换传动中。第第9页页18、单边拨动滑移齿轮，发生自锁时，怎样消除、单边拨动滑移齿轮，发生自锁时，怎样消除？为了使滑移齿轮能顺利移动为了使滑移齿轮能顺利移动,拨动力拨动力F必须克必须克服滑移齿轮与轴间摩擦阻力服滑移齿轮与轴间摩擦阻力 B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径向到拨叉拨动部位径向距离距离 联立两方程联立两方程 附加正压力附加正压力 N:在接触长度二分之一上按三角形分布在接触长度二分之一上按三角形分布 第第10页页代入代入f值后，可知值后，可知 会发生自锁会发生自锁 所以设计时应确保使所以设计时应确保使A满足以下条件满足以下条件 即即第第11页页补充、写出传动路线表示式。补充、写出传动路线表示式。P26图图2-13,图图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变速系统速组组成变速系统 传动路线表示式：传动路线表示式：六种转速六种转速第第12页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 在轴在轴和轴和轴之间、轴之间、轴和轴和轴之间采取了两之间采取了两个三联滑移齿轮变速组，轴个三联滑移齿轮变速组，轴一个转速传至轴一个转速传至轴可变为可变为9种种 轴轴到轴到轴之间机之间机构看成是变速级数构看成是变速级数为为2变速组变速组 第第13页页轴轴到轴到轴之间之间33218级转速级转速 一个变速传动系统一个变速传动系统变速级数等于各变变速级数等于各变速组变速级数乘积速组变速级数乘积！第第14页页第三章第三章 经典工程结构实例经典工程结构实例4、符合轴向静定标准轴向支承方式有哪三种、符合轴向静定标准轴向支承方式有哪三种？试简述每种支承方式特点。？试简述每种支承方式特点。P63第第15页页符合轴向静定标准常见轴承轴向支承方式有三种符合轴向静定标准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 第第16页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在轴两端支承上，它通常将两个轴向定位约束分别安置在轴两端支承上，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 装配时用螺母或其它方法调整轴承圈，装配时用螺母或其它方法调整轴承圈，确保所需轴向间隙或轴向预紧确保所需轴向间隙或轴向预紧 无轴向刚体位移无轴向刚体位移 当轴热膨胀比支承它壳体热膨胀大时，当轴热膨胀比支承它壳体热膨胀大时，会引发附加轴向力会引发附加轴向力 可调整轴承轴向间隙可调整轴承轴向间隙 限制附加轴限制附加轴向力向力第第17页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支承上，但其中一个支承轴向止推件和轴安置在轴两端支承上，但其中一个支承轴向止推件和轴承圈承圈(通常为外圈通常为外圈)之间留有一定间隙之间留有一定间隙S。第第18页页5、惯用轴承中，哪些轴承可单独做固定支撑、惯用轴承中，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？哪些必须成对用作固定支承？哪些不可用作固定支承？作固定支承？P67一端定位支承方式：因为松弛轴承在轴向完一端定位支承方式：因为松弛轴承在轴向完全自由，即不能承受任何轴向力，所以，固全自由，即不能承受任何轴向力，所以，固定支承必须要能承受正反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 第第19页页6、何谓松弛轴承？为何松弛轴承最多只能一、何谓松弛轴承？为何松弛轴承最多只能一圈轴向定位？最少必须一圈轴向定位？圈轴向定位？最少必须一圈轴向定位？在一端定位支承方式中，松弛轴承功效是在一端定位支承方式中，松弛轴承功效是确保轴在轴向能完全自由伸缩确保轴在轴向能完全自由伸缩 松弛轴承轴向定位标准是，在满足轴承不松弛轴承轴向定位标准是，在满足轴承不承受轴向力前提下，尽可能多加轴向定位，承受轴向力前提下，尽可能多加轴向定位，防止轴承游动防止轴承游动 第第20页页当滚动体和一轴承圈之间在轴向有相对移动可能性时，当滚动体和一轴承圈之间在轴向有相对移动可能性时，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 第第21页页当滚动体和任一轴承圈之间在轴向都无相对移动可能性当滚动体和任一轴承圈之间在轴向都无相对移动可能性时，为防止轴承游动，最少将一圈轴向定位时，为防止轴承游动，最少将一圈轴向定位第第22页页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所表示主轴支承，他们是否所表示主轴支承，他们是否符合轴向静定标准？分别属于哪一个轴向支符合轴向静定标准？分别属于哪一个轴向支承方式？承方式？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第第23页页第三章第三章 CA6140型卧式车床结构分析型卧式车床结构分析1、分析、分析CA6140车床传动系统车床传动系统（1）证实）证实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*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第第24页页（2）算出主轴转速级数）算出主轴转速级数Z、正转最高转速、正转最高转速n和和反转最低转速反转最低转速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;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，总级，总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第第25页页（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级级转速转速第第26页页（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？他们作用是什么？能否相互替换？他们作用是什么？能否相互替换？主轴两个换向装置：轴主轴两个换向装置：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。第第27页页（4）假如用光杆或丝杆既作车螺纹又作车外）假如用光杆或丝杆既作车螺纹又作车外圆传动机构，有什么问题？圆传动机构，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，可确保有较高精度。另：光杆能够实现各种较小确保有较高精度。另：光杆能够实现各种较小进给量，所以二者均不能取而代之。进给量，所以二者均不能取而代之。第第28页页（6）车径节螺纹和车公制螺纹时刀架传动路）车径节螺纹和车公制螺纹时刀架传动路线有什么不一样？为何？线有什么不一样？为何？挂轮挂轮螺螺纹小小蜗杆杆大大路路线公制公制M5接合接合英制英制M3、M5合合第第29页页（7）为了提升传动精度，车螺纹进给运动传）为了提升传动精度，车螺纹进给运动传动链中不应有摩擦传动件，而超越离合器却动链中不应有摩擦传动件，而超越离合器却是靠摩擦传动，为何能够用于进给传动链中是靠摩擦传动，为何能够用于进给传动链中？超越离合器预防高速和低速进给发生干涉。超越离合器预防高速和低速进给发生干涉。第第30页页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，怎样传到箱）主轴受轴向切削力作用后，怎样传到箱体上？体上？第第31页页（2）片式摩擦离合器传递功率大小与哪些原）片式摩擦离合器传递功率大小与哪些原因相关？怎样传递转矩？怎样调整？离合器因相关？怎样传递转矩？怎样调整？离合器轴向压力是怎样平衡？工作时摩擦离合器是轴向压力是怎样平衡？工作时摩擦离合器是否会自动松开？为何？否会自动松开？为何？P17+P78第第32页页工作原理：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运动靠摩擦片之间摩擦力，运动靠摩擦片之间摩擦力，经过外摩擦片传给齿轮经过外摩擦片传给齿轮2，将运动接通。，将运动接通。因靠摩擦片之间摩擦力因靠摩擦片之间摩擦力传递扭矩，所以离合器传递扭矩，所以离合器传递扭矩大小取决于压传递扭矩大小取决于压紧块压紧力、摩擦片间紧块压紧力、摩擦片间摩擦系数、摩擦片作用摩擦系数、摩擦片作用半径以及摩擦面对数。半径以及摩擦面对数。第第33页页（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时时为何要采取卸荷带轮？转矩是怎样传到轴为何要采取卸荷带轮？转矩是怎样传到轴1？试画出轴？试画出轴1有卸荷带轮和无卸荷带轮时受力情况简图。有卸荷带轮和无卸荷带轮时受力情况简图。第第34页页第第35页页（4）CA6140车床共有几个离合器？说明它们各自用车床共有几个离合器？说明它们各自用途和特点。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第36页页（4）溜板箱中蜗杆转向变不变？快速电机转向是否能）溜板箱中蜗杆转向变不变？快速电机转向是否能够改变？为何？够改变？为何？不变、不变不变、不变第第37页页（6）指出起保护作用装置名称）指出起保护作用装置名称,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制动器制动器第第38页页（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何需要互锁。纵机构之间为何需要互锁。为了防止损坏机床为了防止损坏机床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。第第39页页第第40页页第第41页页第第42页页