机床传动设计试题.docx

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机床传动设计试题

机床传动设计_习题与思考题

2—1何谓转速图中的一点三线?

机床的转速图表示什么?

答:

1）转速点主轴转速线传动轴线传动线

2）表示主轴各转速的传递路线和转速值，各传动轴的转速数列及转速大小，各传动副的传动比的线图

2—2结构式与结构网表示机床的什么内容?

答:

结构式表示级比规律，结构网表示机床的传动路线传动比的相对关系

2—3等比传动系统中，总变速范围与各变速组的变速范围有什么关系?

与主轴的转速级数有什么关系?

答:

乘积Rn=r1.r2.r3……rn-1Rn=级数的Z-1次方

2—4等比传动系统中，各变速组的级比指数有何规律?

X0=1X1=P0X2=P0.P1Xj=P0.P1…P（j-1）

2—5拟定转速图的原则有哪些?

传动顺序前多后少

扩大顺序前密后疏

最小传动比前缓后急

2—6机床转速图中，为什么要有传动比限制，各变速组的变速范围是否一定在限定的范围内，为什么?

在设计机床传动时，为防止传动比过小造成从动齿轮太大，增加变速箱的尺寸，限制最小传动比；为减少振动，提高传动精度，限制最大传动比。

2—7机床传动系统为什么要前多后少，前密后疏，前缓后急?

前多后少原则：

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，应尽量使前面的传动件多一些。

前密后疏：

变速组j的变速范围是。

在公比一定的情况下，只有控制xj（pj-1）的大小，才能使变速组的变速范围不超过允许值。

传动副数多时，级比指数应小一些。

考虑到传动顺序中有前多后少的原则，扩大顺序应采用前密后疏的原则。

前缓后急：

为使更多的传动件在相对高速下工作，减少变速箱的结构尺寸，最小传动比应采取前缓后急的原则。

此外，由于制造安装等原因，传动件工作中有转角误差，采用前缓后急原则，有利于提高传动链末端执行件的旋转精度。

2—8公比=1.26，结构式为24=32×23×26×212，计算各变速组的级比，变速范围及总变速范围，并指出该结构式表示什么类型的传动链；在保证结构式性质不变的情况下，若想缩短传动链，应采用什么措施?

变速范围的公式：

rj

rax（aPa-1）xj（Pj1）围P0P1P2P（J1）（PJ1）此题：

：

1（3-1）1.26

Z121.5924-1总变速范的公式Rr0r1r2rjP0P1P2PJ1R=1.26203.48

2—11某机床的主轴转速为n=100～1120r／min，转速级速Z=8，电动机转速nm=1440r／min，试拟定结构式、画出转速图，画出传动系统图。

1.计算公比φ=已知：

R=lg11.197,即：

=1-lgRZ=ϕ1,则lg-Zϕ=φ=1.411120100，Z=8.根据R

2．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：

①Z=4ⅹ2；②Z=2ⅹ4；③Z=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

3.转速图绘制设计

①主轴各级转速为：

100，140，200，280，400，560，800，1120r/min②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=800/1440=1/1.8

③确定各变速组最小传动比

从转速点800r/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。

4.绘制转速图

2—19无级变速有哪些优点?

1能使机床获得最佳切削速度，无相对转速损失

2能够在加工过程中变速，保持恒速切削

3无级变速器通常是电变速组，恒功率变速范围为2—4，恒转矩变速范围大于100，这样，缩短了传动链长度，简化了结构设计；

4容易实现自动化操作。

因而是数控机床的主要变速形式。

2—20数控机床主传动设计有哪些特点?

1、主传动采用直流或交流电动机无级调速

2、数控机床驱动电动机和主轴功率特性的匹配设计

3、数控机床高速主传动设计

2—21进给传动与主传动相比，有哪些不同

1、进给传动与主传动不同是恒转矩传动，而住转动是恒功率传动2、进给传动系传动转速图的设计刚巧与主传动系相反，其转速图是前疏后密结构3、进给传动系中各传动件的计算转速是最高转速。

4、进给传动的变速范围RN《14。

2—24提高传动链的传动精度应采用什么措施?

1、尽量减少传动链中传动元件的数量，以减少误差的来源。

2、在传动链中，从首端到末端尽量采用降速排列，并为末端传动副创造最大的传动比（增大蜗轮齿数、减少蜗杆头数、减少丝杠线数及减小丝杠螺距）。

3、末端传动副附近尽量不采用螺旋齿轮、锥齿轮或离合器。

4、将交换齿轮尽量放在末端传动副的前面。

5、尽量采用传动比为1∶1的齿轮副传动，以补偿其传动误差。

6、提高传动元件的精度。

7、提高传动元件的安装精度以及装配时采用误差补偿办法。

8、采用误差校正装置。

2—27误差传递的规律是什么?

如何提高传动链的传动精度?

机床传动链误差传递规律是指：

传动链中，传动件在传递运动和转矩的同时，也将其转角误差按传动比的大小放大和缩小，依次向后传递，最终反映到执行件上。

如果传动件至执行件的总传动比小于1，则传动件的转角误差被缩小，反之，将被放大。

为了提高传动精度，需要控制机床传动链的误差，可采取如下措施：

（1）、减少传动链中的传动件数目，缩短传动链长度；

（2）、采用降速传动链，以减小传动链中各元件对末端元件转角误差的影响；

（3）、提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度；

（4）、采用误差补偿的方法。

3—2主轴部件采用的滚动轴承有那些类型，其特点和选用原则是什么?

类型:

双列圆柱滚子推力角接触角接触双列圆锥滚子深沟球

特点:

1）能在转速和载荷变化幅度很大的条件下稳定工作。

2）能在无间隙，甚至在预紧（有一定过盈量）的条件下工作。

故滚动轴承的摩擦系数小，有利于减小发热。

3）润滑容易，可以用油脂，一次填装可用到修理时再换脂。

如用油润滑，单位时间用油量也比滑动轴承少。

4）由专业化的轴承厂生产，质量稳定，成本低，经济性好。

滚动轴承的不足：

滚动体数量有限，径向刚度是变化的，易引起振动，阻尼低，

振幅较大。

滚动轴承的径向尺寸比滑动轴承大。

原则:

1）转速较高，负载不大，而旋转精度要求较高，采用球轴承。

2）转速较低，负载大或有冲击负载，采用滚子轴承。

3）径向载荷和轴向载荷都较大时，如果转速高，采用角接触

球轴承。

如果转速不高，采用圆锥滚子轴承。

4）轴向载荷比径向载荷大得多，但转速较低时，采用两种不

同类型的轴承组合，分别承受轴向和径向负载。

5）径向载荷比轴向载荷大，且转速较高，采用深沟球轴承。

6）支承刚度要求较高时，可采用成对角接触型轴承。

3—5提高主轴刚度的措施有哪些?

提高主轴动刚度的措施：

除提高主轴组件的静刚度，使固有频率增高，避免共振外，可采用如下措施：

①用圆锥液压涨套取代螺纹等轴向定位件；径向定位采用小锥度过盈配合或渐开线花键；滑移齿轮采

用渐开线花键配合。

②采用三支承主轴。

③旋转零件的非配合面全部进行较精密的切削加工，并作动平衡实验。

④设置消振装置，增加阻尼。

⑤采用动力油润滑轴承，控制温升，减少热变形。

3—61.主轴的轴向定位有几种，各有什么特点?

主轴的轴向定位主要由推力轴承来实现,推力轴承的配置形式有三种:

1,前端定位推力轴承安排在前支撑处,主轴发热后向后伸长,轴前端的轴向精度较高,但前支撑轴结构复杂.

2,后端定位推力轴承安排在后支撑处,主轴受热后向前伸长,影响轴前端的轴向定位精度和刚度,但这种结构便于轴间间隙调整.

3,两端定位推力轴承安排的前后支撑处,支撑结构简单,发热量小,但主轴受热产生变形,会改变轴承间隙影响株洲的旋转精度.

3—8选择主轴材料的依据是什么?

轴的材料，只能根据耐磨性、热处理方法及热处理后的变形大小来选择。

耐磨性取决于硬度，故机床主轴材料为淬火钢或渗碳淬火钢，高频淬硬。

3—9主轴的技术要求主要有哪几项?

若达不到这些要求，会有什么影响?

（1）支撑轴颈的精度

（2）锥孔的技术要求（3）主轴次要轴颈和其他表面的精度（4）主轴各表面的粗糙度（5）主轴各表面的表面层;没有这些技术要求,主轴将无法实现正常运转

3—10为什么多数数控车床采用倾斜床身?

1：

加工精度高。

数控机床的拖板传动丝杆都是高精度的滚珠丝杆，丝杆与螺母之间的传动间隙很小，但也不是说没有间隙，而只要有间隙，当丝杆向着一个方向运动后再反向传动时，难免会产生反向间隙，有反向间隙就会影响加工精度，而这种45度床身的机床由于有重力的作用，重力直接作用于丝杆的轴向，传动时的反向间隙几乎为零。

如果你还不明白，你可以找一个普通螺母与螺丝，竖直向上，拧动螺丝，再反向退回，就会明白螺母始终往一边压着丝杆，所以就不会有反向间隙，假如让螺母与螺丝平放，就不会有这种效果了。

2：

机床刚性好，切削时不易引起振动。

因为这种机床的刀具是在工件的斜上方切削，切削力与主轴工件产生的重力相一致，所以主轴运转相对平稳，不易引起切削振动，而普通数控车床在切削时，刀具与工件产生的切削力是向上的，与主轴工件产生的重力不一致，所以就容易引起振动。

3：

铁屑由于重力的关系不易产生緾绕刀具，利于排屑。

3—11怎样提高支承件的动态刚度?

1提高静刚度和固有频率。

2增加阻尼比

3—13试述铸铁支承件、焊接支承件的优缺点

支承件用钢板和型钢焊接有许多优点

1，不需要制造木模和浇铸，生产周期短，又不易出废品。

2，减轻重量。

钢的弹性模量约铸铁的1.5至2倍,在形状和轮廓尺寸相同的前提下，如果要求支承件本身的刚度相同，则钢焊接件的壁厚可比铸铁的薄。

3，可以采用完全封闭的箱形结构，不象铸件那样要留出砂孔。

4，如发现结构有缺陷，如发现刚度不足，焊接件可以补救,.焊隔板和筋焊接结构的缺点是：

1，焊接结构在中、小型机械成批生产时成本比铸铁高，手工劳动多，因此，在这种条件下宜铸造。

2，钢的材料内摩擦阻尼约为铸铁的1/3。

3—14树脂混凝土支承件有什么特点，目前应用于什么类型的机床。

1、应具有足够的刚度和较高的刚度-质量比

2、应具有较高的动态特性，包括较大的位移阻抗和阻尼；整机的低阶频率较高，各阶频率不致引起结构共振；不会因薄壁震动而产生噪音。

3、热稳定性好，热变形对机床加工精度的影响较小

4、排屑顺畅、吊运安全，并具有良好的结构工艺性。

3—15支承件截面形状的选用原则是什么?

根据支承件所需要的抗弯拒和抗扭惯性拒能力来选择的

3—16怎样补偿不封闭支承件的刚度损失?

1,根据支承件的受力情况合理的选择材料、截面形状、尺寸、壁厚。

合理的布置肋条和肋板。

2、提高阻尼特性、采用新材料制造支承件

3—18导轨的基本要求有哪些?

精度高、承载能力大、刚度好，摩擦阻力小、运动平稳、精度保持性好、寿命长、结构简单、工艺性好、便于加工、装配、调整和维修、成本低

3—19按摩擦性质导轨分为哪几类，各具有什么摩擦性质，适用于什么场合?

什么是闭式导轨，开式导轨，主运动导轨，进给运动导轨?

大多数普通滑动导轨属于什么摩擦性质?

滑动导轨（静压，动压，普通导轨），滚动导轨动压导轨适用于主运动导轨，普通滑动导轨用作进给导轨优点是构造简单，制造方便，抗震性好，缺点是磨损较快静压导轨用于精密级和高精度级机床的进给和低速运动导轨

3—20导轨的磨损有几种形式，导轨防护的重点是什么?

形式:

1,魔力磨损2.咬合磨损3.疲劳和压溃.重点:

保护机床的导轨，丝杆等不受外界的腐蚀和破坏

3—21导轨的材料有几种，有什么特点，各适用于什么场合?

种类:

铸铁，钢，有色金属，塑料特点:

耐磨性高，工艺性好，成本低

3—22聚四氟乙烯软带有什么优点?

复合导轨板有什么特点?

1与铸铁摩擦时摩擦因数为0.03～0.05，且动、静摩擦因数相差很小，具有良好的防止爬行的性能；

2能够在-250～260℃稳定工作，且摩擦因数在工作温度范围内几乎保持不变；

3强酸、强碱及各种氧化剂对它毫无作用，甚至沸腾的“王水”也不能使它产生任何化学反应；

4化学稳定性极好，超过玻璃、陶瓷、不锈钢、金。

复合导轨板既有聚四氟乙烯良好的摩擦特性，又有青铜和钢的刚性和导热性，适用于中小型精密机床和数控机床，特别是润还不良或无法润滑的导轨。

3—23导轨副材料选用原则是什么?

1为提高导轨副的耐磨性，防止粘着磨损，导轨副应采用不同的材料制造；

2如果采用相同的材料，也应用不同的热处理方式使双方具有不同的硬度。

3长导轨应采用较耐磨的和硬度较高的材料制造。

4普通机床的动导轨多用聚四氟乙烯导轨软带，支承导轨采用淬硬的孕育铸铁。

5精密机床、高精度机床，导轨面需刮削，可采用耐磨铸铁导轨副，但动导轨的硬度应比支承导轨的硬度低15～45HBW。

3—28滚珠丝杠有什么特点?

应用于什么场合?

试述滚珠丝杠消除轴向间隙的方法?

滚珠丝杠是将旋转运动转换成执行件的直线运动的运动转换机构

载荷特点：

主要承受轴向载荷，对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高，采用角接触轴承或双向推力园柱滚子与滚针轴承的组合。

滚珠丝杠的支承方式：

1、一端固定，一端自由：

用于短丝杠与竖直丝杠

2、一端固定，一端简支：

用于较长的卧式安装丝杠

3、两端固定：

用于长丝杠或高转速，要求高抗压刚度场合

方法:

1.垫片调整2.齿差调整3.螺纹调整

二、名词解释

车削中心:

车削中心是以车床为基本体，并在其础上进一步增加动力铣、钻、镗，以及副主轴的功能，使车件需要二次，三次加工的工序在车削中心上一次完成。

刀具监测的方法:

直接测量法,间接测量法

进给伺服系统:

是以运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，它是一个很典型的机电一体化系统，主要由位置,控制单元、速度控制单元、驱动元件（电机）、检测与反馈单元和机械执行部件几个部分组成。

滚珠丝杠:

将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品机床运动精度:

工作状态下机床的主要运动部件的轨迹精度

机床热变形:

由于机床各部位的温升不同，不同材料的热膨胀系数不同，机床各部分材料产生的热膨胀量也就不同，导致机床床身、主轴和刀架等构件产生变形

自动换刀:

能自动更换加工中所用刀具

计算转速：

：

主轴或各传动件传递全部功率的最低转速

三、简答题

1.主传动方式有哪几种?

各有何特点?

1、带有变速齿轮的主传动。

其特点低速获得大扭矩、使主传动成为分段无级变速。

2、带传动变速。

其特点是无振动、噪声小。

3、内装电动机主轴变速

其特点高速、重量轻、转动惯性小。

2.滚动轴承的预紧?

何谓径向预紧及轴向预紧?

1．径向预紧法径向顶紧法多使用在承受径向负荷的圆锥孔轴承中，典型的例子是双列精密短圆柱滚子轴承，利用螺母调整这种轴承相对于锥形轴颈的轴向位置，使内圈有合适的膨胀量而得到径向负游隙，这种方法多用于机床主轴和喷气式发动机中。

2．轴向预紧法轴向预紧法大体上可分为定位预紧和定压预紧两种。

在定位预紧中，可通过调整衬套或垫片的尺寸，获得合适预紧量；也可通过测量或控制起动摩擦力矩来调得合适的预紧;还可直接使用预先调好预紧量的成对双联轴承来实现预紧的目的.

3.滚珠丝杠螺母副的工作原理及特点是什么?

何为内循环和外循环方

4.刀库有哪几种形式?

1.直线刀库2.圆盘刀库3.链式刀库4.其他刀库

5.简述机床总布局与机床结构性能的关系

布局特点:

1、不同布局适应不同的工件形状、尺寸及重量

2,不同布局有不同的运动分配及工艺范围

3、不同布局有不同的机床结构性能

4、不同布局影响机床操作方便程度

结构性能:

1、有良好的静刚度、动刚度

2、有更小的热变形

3、有良好的低速运动性能

4、有更好的宜人性

综上，对数控机床布局特点的了解是合理选用机床、操作机床的必备基础。

6.简述数控机床总体设计内容。

技术参数设计:

1.主要尺寸规格2.运动参数3.动力参数

布局设计:

1.相互位置关系2.运动分配3.运动仿真4,外观造型

结构优化设计:

1.整机静刚度2.整机运动性能3.整机热特性

7.转塔式组合机床:

能将几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，使每个多轴箱依次转动到加工位置对工件进行加工的组合机床。

8.成形式拉削;利用刀齿的轮廓与工件最终加工表面形状相似，切削齿高度向后递增，工件的余量被一层一层地切去，由最后一个刀齿切出所要求的尺寸，经校准齿修光达到预定的加工精度的拉削

9.机床夹具:

机床夹具是机械加工中用来确定加工工件的正确位置，并使工件固定，以承受切削力，便于接受加工的工艺装备。

10.机床装料高度:

指机床上，工件安装基面至机床底面的垂直距离

3—24常见的直线运动导轨组合形式有哪几种?

说明其主要性能及应用场合?

答：

1）双三角形组合：

这种导轨同时起支承、导向作用。

用于龙门刨床与高精度车床。

2）双矩形组合：

这种导轨主要承受与主支承面相垂直的作用力，此外，侧导向面要用镶条调整间隙，接触刚度低，承载能力大，但导向性差。

用于普通精度机床，如升降台铣床、龙门铣床等。

3）三角形-平导轨组合：

不需用镶条调整间隙，导向精度高，加工装配也较方便，温度变化不会改变导轨面的接触情况，但热变形会使移动部件水平偏移，两条导轨磨损也不一样，对位置精度有影响，通常用于磨床、精密镗床上。

4）三角形-矩形组合：

兼有导向性好，制造方便等优点，常用于车床、磨床、精密镗床、滚齿机等机床上。

5）平-平-三角形组合：

三角形导轨主要起导向作用，平导轨主要起承载作用，不需要镶条调整间隙，工作台用双齿条传动，使偏转力矩较小，由于工作台和工件重量很大，可不考虑颠覆力矩问题。

用于龙门铣床、龙门刨床。

3—27什么叫爬行，产生于什么类型的运动中，产生爬行的原因是什么，消除爬行的措施有哪些?

答：

爬行：

机床上有些运动部件，需要做低速或微小位移，当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式运动，即时走时停或者时快时慢的现象。

原因：

摩擦面上摩擦因数的变化和传动机构的刚度不足。

措施：

在设计低速运动部件时，应减少静、动摩擦因数之差，提高传动机构的刚度，提高阻尼比和降低移动件的质量。

3—28滚珠丝杠有什么特点?

应用于什么场合?

试述滚珠丝杠消除轴向间隙的方法?

答：

特点：

1）摩擦损失小、传动效率高。

2）运动平稳、摩擦力小、灵敏度高、低速时无爬行。

3）轴向刚度高、反向定位精度高。

4）磨损小、寿命长、维护简单。

5）传动具有可逆性、不能自锁。

6）同步性好。

7）有专业厂生产，选用配套方便。

应用：

目前滚珠丝杠螺母机构不仅广泛应用于数控机床，而且越来越多的代替普通滑动丝杠螺母机构，用于各种精密机床和精密装置。

滚珠丝杠螺母轴向间隙调整和预紧方法的原理与普通丝杠螺母相同，即通过调整双滚珠螺母的轴向相对位置，使两个螺母的滚珠分别压向螺旋滚道的两侧面。

但滚珠丝杠螺母机构间隙调整的精度要求高，要求能作微调以获得准确的间隙或预紧量。

常用的方法有下列几种：

1）垫片调隙式2）螺纹调隙式3）齿差调隙式。

1.在支承件的外壁上开设窗孔时，对其弯曲刚度影响最大。

2.通用机床常采用2和10的整数次方根作为标准公比。

3.某等比数列，已知n1=11.8,nmax=530,变速级数Z=12，则该数列的公比φ应为1.06。

4.为了防止机床运动发生干涉，在机床传动机构中，应设置互锁装置。

5.直线运动导轨的几何精度通常包括以下三项：

导轨在垂直平面内的垂直度导轨在水平面内的直线度和两导轨间的平行度。

6.采用卸荷式皮带轮，其作用是将皮带的径向力卸除到箱体，而将力矩传递给皮带轮轴。

7.机床的主参数是代表机床规格大小的一种参数。

如：

卧式车床是以床身上工件的最大回转直径；铣床是以工作台工作面宽度。

8.机床主运动的功率，包括切削功率、空转功率损失和附加机械摩擦损失。

9.支承件的变形一般包括自身变形、局部变形和接触变形。

10.主轴轴承润滑的作用是降低摩擦，减小温升并与密封装置在一起，保护轴承不受外物的磨损和防止腐蚀。

11.三角形和矩形导轨组合，兼有导向性好和制造方便。

车削中心：

是以车床为基本体，并在其础上进一步增加动力铣、钻、镗，以及副主轴的功能，使车件需要二次，三次加工的工序在车削中心上一次完成。

刀具监测的方法：

进给伺服系统：

是以运动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，它是一个很典型的机电一体化系统，主要由位置控制单元、速度控制单元、驱动元件（电机）、检测与反馈单元和机械执行部件几个部分组成。

电气驱动部件：

滚珠丝杠：

是回转运动与直线运动相互转换的装置，是数控机床伺服进给系统中使用最广泛地传动装置。

机床运动精度：

是指机床的主要零部件以工作状态的速度运动时的精度。

机床热变形：

机床在工作室受到内部热源和外部热源的影响，使机床各部分温度发生变化。

机床的运动分配：

数控机床的运动数目，尤其是进给运动的数目多少，直接与表面形成运动和加工功能有关，运动的分配与部件的布局是机床总体布局的中心问题。

自动换刀：

储备一定数量的刀具并完成刀具的自动交换。

数控卧式镗铣床：

数控卧式镗铣床用于机床、重型机器、大型柴油机等大型制造业的大、中、小零件的粗加工和精加工。

用作各种零件的水平平面、垂直平面、倾斜面的粗精加工和磨削以及由各种平面组成的导轨面各“T”型槽等。

适用于大、中、小企业机械制造加工。

相对转速损失率：

相对转速的损失就反映了生产率的损失

计算转速：

传递全部功率的最低转速

1.主传动方式有哪几种?

各有何特点：

答：

1）齿轮传动在扭矩输出方面没有其他的传动方式可以超过，因此一般要求极高扭矩输出的情况下使用。

可以通过齿轮组的切换得到不同的转速比，从而适应更广泛的加工需求。

缺点是噪音大，发热大，无法用于高转速的应用