机械系统设计2.doc

科目
机械系统设计
班级

姓名

学号

时间

燕山大学试卷 密 封 线 共8 页 第 1 页

题号
一
10分
二
20分
三
15分
四
25分
作业
20分
实验
10分

总分
100分
分数

一、填空（10分）
1、现代机械从实现系统功能角度来看，主要包括的子系统有:动力系统、传动系统、执行系统、＿＿＿＿及控制系统。
2、系统的特性有:整体性、相关性、＿＿＿＿、环境适应性
3、机械系统设计的一般过程包括：计划，外部系统设计，内部系统设计，＿＿＿＿。
4、操纵系统主要分为人为操纵系统、主力操纵系统、液压操纵系统和＿＿＿＿。
5、在人力操纵机构设计时，如果采用手杆操作，其操作力不宜超过＿＿＿＿。
6、按动力机驱动执行机构数目分类，传动系统可以分为＿＿＿＿的传动系统，集中驱动的传动系统和联合驱动的传动系统。
7、总体参数一般包括生产能力、＿＿＿＿、尺寸参数和动力参数。
8、执行系统的功能主要有:夹持、＿＿＿＿、分度和转位、检测、施力。
9、从人体力学的角度考虑机械系统设计时，应注意的问题有：尽量减少静态施力和＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
10、三相异步电动机按转子结构分类分为＿＿＿＿电动机和绕线型电动机。
二、简答（20分）
1、简述总体布置设计的总体要求（5分）。
2、操作系统设计的主要要求是什么？（5分）
3、人机工程学的定义。（5分）
4、简述互锁机构的定义，并叙述下图中机构的互锁原理。（5）

图（a） 图（b）

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三、叙述题（15分）

1、 参考下图，请叙述双停歇摆动机构的工作原理。(6分)

1- 曲柄； 2-连杆；3-扇形板；4-齿圈；5-齿轮
2-

2、设计带式制动器时，以下两种方案哪个更为合理，为什么?(4分)

3、比较下图中破碎机上增力机构的两种布置形式哪种更合理，为什么？（5分）

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四、计算题（25分）
1、根据工作条件决定选用α=26°的两个角接触球轴承代号7207AC(旧代号46207)，“面对面”安装，如下图所示，工作中有中等冲击，取fp=1.5，转速n=1800rpm，已知两轴承的径向载荷分别为R1=3390N,R2=1040N,轴向载荷Fa=870N,作用方向指向轴承1。试确定其工作寿命。（已知该轴承e=0.7；Cr=29KN；A/R≤e时，径向载荷系数X=1、Y=0; A/R＞e时，径向载荷系数X=0.41、Y=0.85，其中A为轴向载荷)（10分）
向心推力轴承的派生轴向力S的计算公式
圆锥滚子轴承
向心推力轴承
36000
46000
66000
S=R/0.8ctgα
S=0.4R
S=0.7R
S=R

2、已知某种管制品变速传动系统中，电机转速为1400r/min,工作主轴转速n=45~250r/min,变速级数为6级，请设计传动系统。（15分）

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燕山大学试题标准答案
院(系): 机械工程学院 教研室: 机械设计
考核课程： 机械系统设计 09 学年 （春、 秋） 季学期
考核类型：闭卷 开卷 涂卡 考核专业年级： 06机设
命题教师： 曹秒艳 答题教师： 曹秒艳
一、填空
1、操纵系统；
2、目的性；
3、制造和销售；
4、气压操纵系统；
5、150N；
6、独立驱动；
7、运动参数；
8、搬运；
9、尽量发挥较大肌肉力；
10、笼形；

二、简答
1、简述总体布置设计的总体要求
1） 保证工艺过程的连续和流畅；
2) 降低质心高度、减小偏宜、工作稳定；
3) 保证机械系统的精度指标；
4) 充分考虑产品的标准化、规格化、系列化和今后发展的要求；
5）结构紧凑，层次分明；
6）操作、调整、维修方便；
7）造型美观、装饰宜人。

2、操作系统设计的主要要求是什么？
1） 操纵轻便省力；
2） 操纵行程适当；
3） 操纵件定位可靠；
4） 操纵系统的反馈迅速准确；
5） 操纵系统应有可调性；
6） 操纵方便舒适；
7） 操纵安全可靠。
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3、人机工程学定义
研究人在什么环境条件下才能最好地发挥作用的科学称做“工程心理学”；研究如何使人满足系统设计的要求、准确可靠地执行操作任务的科学称做“人机工程学”。两者统称做“人机工程学”。

4、 简述互锁机构的定义，并叙述下图中机构的互锁原理。
互锁机构使操纵系统在进行一个操作动作时把另一个操作动作锁住，从而避免机械发生不应有的运动干涉，保证在前一执行件的动作完成后才可使另一执行件动作。
图 (a)为两个手柄轴上各装有一个带缺口的圆盘，图中所示位置只能左面的一个转动，只有两缺口相对时，才能转动两个轴中的任意一个。图(b)为两轴上环形槽相对时为原始位置，即可移动其中任意的一根轴。当移动其中一根轴时，钢球被推入另一根轴上的环形槽内，使该轴被锁住。

三、叙述题

1、曲柄1转动时，通过连杆2使扇形板3摆动。3上有可滑移的齿圈4。图示位置，当3顺时针方向转动时，挡块4推动齿圈4与齿轮5逆时针方向转动。当3逆时针方向回摆时，齿圈在3上滑移，而齿轮5停歇不转，直至齿圈接触挡块5后，才推动齿轮5作顺时针方向转动。3再次变向摆动时，轮5同样也有一段停
歇时间。故这种机构具有双侧停歇的待性。改变l可调整停歇的时间。

2、（a）方案更好。如图（a）所示，操纵力作用在制动带的松边．操纵力F所产生的制动带衬紧力为F’，制动轮作用于制动带上的摩擦力方向与F’一致，有助于制动，在同样大小的F’时可获得较大的制动力矩。而图（b）所示的操纵杠杆作用于制动带的紧边，教要求产个相同的制动力矩，则制动带的拉紧力F’必须加大，所需要的操纵力F也增大，而且由于作用于制动带上的摩擦力方向与F’相反，减小了制动力矩，将使制动不平稳，所以设计时应使拉紧力F作用于制动带的松边。故（a）方案由于（b）方案。

3、（b）更为合理。在图 (a)中，偏心轮绕固定点B转动时，带动活动额板AE摆动，产生增力作用。动颚板与固定颚板靠近量下大上小，上部不能获得较大破碎功；在图(b)中，这种机构的动颚板装于连杆上，当偏心心轮绕固定点A转动时，动颚板作平面复合运动。动颚板与固定颚板靠近量下小上大，上部能获得较大破碎功，破碎效果好。故（b）更合理。

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四、计算题
1、根据工作条件决定选用α=26°的两个角接触球轴承代号7207AC(旧代号46207)，“面对面”安装，如下图所示，工作中有中等冲击，取fp=1.5，转速n=1800rpm，已知两轴承的径向载荷分别为R1=3390N,R2=1040N,轴向载荷Fa=870N,作用方向指向轴承1。试确定其工作寿命。（已知该轴承e=0.7；Cr=29KN；A/R≤e时，径向载荷系数X=1、Y=0; A/R＞e时，径向载荷系数X=0.41、Y=0.85，其中A为轴向载荷)
解：
（1）由题中条件求出派生轴向力：
S1=0.7R1=0.7×3390=2373N
S2=0.7R2=0.7×1040=728N
（2）求轴承的计算轴向力：
由于Fa+S2=870+728=1598<S1=2373
故A1=S1=2373N
A2=S1-Fa=2373-870=1503N
(3)对于本轴承，e=0.7
则：
故当量动载荷P的径向载荷系数与轴向载荷系数分别为：
轴承1：X1=1、Y1=0；
轴承2：X1=0.41、Y1=0.85；
（4）计算当量动载荷
P1=fp（X1R1+Y1A1）=1.5(1×3390+0)=5085N
P2=fp（X2R2+Y2A2）=1.5(0.41×1040+0.85×1503)=2555.9N
（5）计算寿命：对于求轴承ξ=3,题中未强调环境温度故温度系数ft=1。

2、已知某种管制品变速传动系统中，电机转速为1400r/min,工作主轴转速n=45~250r/min,变速级数为6级，请设计传动系统。
解：
(1)确定结构式
采用两个变速组，根据传功顺序应“前多用少”，结构式为6＝3(1) 2(3)。

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(2)确定传动链中是否需要定比传功副
执行机构的转速都比电动机转速低，属于降速传动链，总降速比：，由于齿轮的最大降速比为4，则至少需要三对降速传动副。根据总体布置的需要，电动机和变速箱之间要用一级带传动。

(3)拟定转速图
传动系统由两个变速组和两对定比传动别组成，共有5根轴线。画5条等距线代表5根轴线，白左至右依次标上I、II、III、IV。 I为电动机铀，v为输出轴。由已知条件知道所需变速范围R=n6／n1＝250／45=5.6，相应的公比为6-1＝5.6，即=1.41。设系统的最大变速级数为z，则小nmin6-1＝nmax得：
， 画12条等距水平线表示转速线。轴上用点A代表电动机转速，在轴v上标出12级转速的数值。最低转速n1＝45r／min与轴V交点标上E。由转速图可看出A点和E点相邻大约10格，表示总降速比大约为10 。
拟定转速图的一项主要工作是分配降速传动比。首先，确定中间轴的B、C、D三个点的位置，其中AB和DE代表两对定比传功副的降速比，BC和CD代表两个变速组的最大降速比。取轴I、II间的降速比大约为，轴II、III间的降速比为2，轴III、IV间降速比为3，轴IV、V间的降速比为4，符合降速传动比“前小后大”递降的原则，有利于提高中间轴的转速。
画变速组的其他传动副连线，轴II、III间是基本组，有三对齿轮副，其级比指数为1，故三条连线在转速图上各相邻一格。轴IV、V间是扩大组，有两对齿轮副，其级比指数为3，故两条连线在转速图上相邻三格。
最后，画出传动副的全部连线。

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