机械系统设计复习资料一、名词解释1．“黑箱法”：是指机械产品进行功能原理设计时采用的一种抽象化的方法，此方法暂时摒弃那些附加功能和非必要功能，突出必要功能和基本功能，并将这些功能以抽象的方式加以表达。

“黑箱法”是根据系统的输入、输出关系来研究实现系统功能的一种方法。

要设计的产品就是“黑箱”，通过分析黑箱与输入量、输出量及周围环境的的信息联系来使问题简化，从而寻找某种物理效应或者原理来实现输入与输出关系的转化。

2．主轴合理跨距：在主轴前端受力时主轴端部产生的位移是由主轴本身及其支承产生的变形引起的。

对于一个已确定主轴前端悬伸量的主轴组件来说，存在一个最佳支承跨距L0可以使得主轴组件的综合刚度最大，即可以使得主轴端部产生位移最小。

由于当0.75≤L实/L0≤1.5时主轴组件的刚度损失不超过5%~7%，这在工程上可以认为是合理的刚度损失，所以称（0.75~1.5）L0为主轴合理跨距L。

3．功能原理设计：针对所要设计产品的主要功能提出一些原理性的构思，即针对产品的主要功能进行原理性设计。

即构思能实现目标的新的解法原理。

4．转速扩大顺序：在进行传动系统的结构式或结构网设计时，从基本组、第一扩大组、到第二扩大组。

的排列顺序称为转速扩大顺序。

即按级比指数由小到大进行排列时的变速组的顺序。

5．主轴旋转精度：是指主轴组件装配后，在无载荷低速转动条件下，主轴安装刀具或者工件部位相对于理想旋转中心线的空间瞬时旋转误差。

包括径向跳动、轴向串动和角度摆动等。

6．基本组：指进行等比数列的有级变速传动系统设计时，变速组内级比等于公比的变速组。

或者指级比指数等于1的变速组。

7．计算转速：指传动轴、齿轮等传动件传递全部功率的最低转速，该转速主要用来计算传动轴和传动件的最大传递转矩，从而确定传动轴和传动件的尺寸。

8．卸荷导轨：指采用机械式、液压式或气压式等方法对滑动导轨工作面上的压强进行卸荷，这样可以减小滑动导轨工作面上的压强，提高导轨的耐磨性和低速运动平稳性（防止爬行现象的发生）。

9．内联传动精度：指机械系统内联传动系统两末端执行件之间运动的协调性与均匀性。

二. 填空题1．导轨的功用是导向和承载。

2．支承件的的静刚度包括自身刚度、局部刚度和接触刚度。

3．直线运动导轨的截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆柱形。

4．传动精度是指机械产品传动系统的传动链各末端执行件之间运动的协调性和均匀性。

5．从系统完成的不同功能来分，机械系统主要由动力系统、执行系统、传动系统、操纵与控制系统和支承系统、润滑冷却与密封系统组成。

6．支承件的变形包括自身变形、局部变形和接触变形三种。

7．总体参数是机械系统结构总体设计与零部件设计的依据，一般情况下机械系统的总体参数主要有动力参数、运动参数、性能参数和尺寸参数。

8．对一般机械承受的动载荷，按其载荷历程的不同可分为周期载荷、冲击载荷和随机载荷。

9．为了保证三联滑移齿轮左右滑移时能从固定齿轮上顺利通过，在齿轮模数相同时变速组内滑移齿轮的齿数应该满足滑移齿轮上最大齿轮与次大齿轮的齿数差大于4 。

10．常用的机械变速装置有交换齿轮、滑移齿轮、离合器变速和啮合器变速以及上述几种变速方式的组合。

11．对于一般机床的主轴组件主要进行刚度验算，对粗加工、重载机床的主轴组件则还需进行强度验算。

12．执行轴机构设计的基本要求包括旋转精度、静刚度、抗振性、热变形和耐磨性。

13．纵向隔板主要用来提高支承件的抗弯刚度，横向隔板主要用来提高支承件的抗扭刚度。

14．导轨间隙的调整通常是采用压板和镶条。

15．机械系统功能原理设计时常采用一种“抽象化”的方法称作黑箱法，它是根据系统的输入输出关系来研究实现系统功能的一种方法。

16．电动机容量的选择应分为预选和校验两大步。

电动机校验的主要内容有温升和过载能力，必要时还要校验起动能力。

17．角接触球轴承的组配方式有三种：背靠背、面对面和同向安装。

机床主轴上为了提高支承刚度常采用背靠背组合的双联角接触球轴承。

18．电动机校验的主要内容有发热温升、过载能力和起动能力。

19．轴承的径向跳动直接影响主轴的旋转精度，在提高主轴的旋转精度时，一方面应当采用高精度轴承，另一方面在装配时可再采用选配法进行分组组装。

三.简答题1．图示并说明什么是背轮机构，为什么要采用背轮机构？答：图略。

结构特点是两个同轴线的轴通过一个中间传动轴，利用一个双向离合器将两对齿轮组成的变速装置联系起来。

可以获得最大传动比为1和最小传动比为1/4乘以1/4即可得1/16的最小传动比的一种机构。

与普通的滑移齿轮变速组相比它扩大了变速组的极限变速范围，可以用来扩大传动系统的变速范围。

2. 图示并分析双支承主轴组件前端位移的组成，简介主轴最佳跨距和合理跨距的确定方法。

答：图略。

在主轴前端受力时主轴端部产生的位移是由主轴本身及其支承产生的变形引起的。

对于一个已确定主轴前端悬伸量的主轴组件来说，存在一个最佳支承跨距L0可以使得主轴组件的综合刚度最大，即可以使得主轴端部产生位移最小。

由于当0.75≤L实/L0≤1.5时主轴组件的刚度损失不超过5%~7%，这在工程上可以认为是合理的刚度损失，所以称（0.75~1.5）L0为主轴合理跨距L合。

３．介绍制定等比数列规范公比的原则，分析通用机床、自动机床和小型机械如何选用等比数列的公比？答：制定等比数列规范公比的原则有3条：一是大于1小于等于2；公比为2的某次方根；公比为10的某次方根。

从使用性能方面考虑，规范等比数列的公比最好选小一些，以便减少相对转速损失。

但公比越小，转速级数就越多，系统结构将越复杂。

对于生产率要求较高的通用机械设备，减少相对转速损失率是主要的，故取较小公比，如1.26或1.41。

对于非自动化小型机床，为了简化结构，可将转速公比选的大一些。

如一般为1.58，甚至可取为2。

对于批量生产用的自动机床或大批生产用的专用机床，对减少相对转速损失的要求很高，所以常取很小的公比如 1.12或1.26。

４．画图说明三相交流异步电动机的机械特性，并标注出四个特征点的转矩与转速。

答：图略：这是三相异步电动机的固有机械特性曲线。

起动点，n=0，M=Mst为电动机的起动力矩。

空载工作点 n=n0，M=0此时电动机处于理想空转状态。

额定工作点n=n N，M=M N为额定转矩。

最大转矩点 n=n M，M=Mm 为电动机的最大转矩点。

5．简述提高支承件自身刚度的措施。

答：正确选择截面的形状和尺寸：1）截面积相同时空心截面刚度大于实心截面刚度。

2) 圆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，不封闭的截面比封闭的截面刚度显著下降，特别是抗扭刚度下降更多。

2.合理布置肋板，纵向隔板布置在弯曲平面内，其抗弯刚度较高；斜向隔板的抗弯刚度和抗扭刚度均较高。

3.合理选择支承件的壁厚4.合理开孔和加盖。

6．图示并分析说明主运动为旋转运动的通用机床的功率与转矩特性答：图略，图为通用机床旋转主传动的功率与转矩特性。

从特性曲线上看，首先存在一个计算转速n j，在n j处主轴开始传递机床电动机的全部功率。

在计算转速之前，即在n min和n j之间机床属于恒转矩特性。

在计算转速之后，即在n j和n max之间机床属于恒功率特性。

7．什么是离合器变速时的超速现象？为什么离合器变速设计时要避免超速现象？画图说明如何予以避免。

答：在采用离合器进行变速的机械传动系统中，可能存在的当一条传动路线工作时在另一条不工作的传动线上出现的传动件高速空转的现象称为离合器的超速现象。

超速现象会引起空转功率的消耗，还会导致齿轮的噪声和磨损加剧。

超速现象可以通过摩擦离合器的结构设计予以避免。

8．画出结构式12=2[3]·3[1]·2[6]的结构网，说明哪个是基本组、第一扩大组和第二扩大组，并求出当公比为1.41时各变速组的级比、级比指数和变速范围。

答：12=2[3]·3[1]·2[6]的结构网略12=2[3]·3[1]·2[6]的3[1]为基本组，2[3]为第一扩大组，2[6]为第二扩大组。

当公比为1.41时：3[1]的级比为1.41，级比指数为1，变速组的变速范围为1.412=2。

2[3]的级比为1.413，级比指数为3，变速组的变速范围为1.413=2.8。

2[6]级比为1.416，级比指数为6，变速组的变速范围为1.416=8=r max。

9．普通滑动导轨的材料有哪些？选用滑动导轨副材料的原则是什么？答：普通滑动导轨的材料有铸铁、镶钢和镶装有色金属材料导轨、镶装塑料导轨等。

为了提高导轨副之间的耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨的材料应不同，原则上是一软一硬。

若材料相同时也必须采用不同的热处理方法使得双方硬度不同。

10．分析说明提高内联传动链传动精度的措施有哪些。

答：措施有：缩短传动链，原因是存在误差累积现象。

采用降速传动，这是因为采用降速传动时，前面传动副的误差会在传递过程中被逐步缩小。

合理分配各传动副的传动比，并且应使末端件的传动比最小。

这是因为传动比直接影响各个传动副误差的传递特性，而且最后一级传动副将直接参与总误差的合成。

合理选择传动件，这是考虑各个传动件的制造难易程度不一样，可能达到的精度等级不一样。

而且不允许采用传动比不准确的传动副，如摩擦传动副不能在内联传动系统中使用。

合理确定传动副的制造精度，比如末端传动件的误差将直接复印给执行件，因此需要更高的精度。

采用校正装置。

采用带反馈的校正装置有时比直接提高传动副的制造精度成倍更低，也更容易实现。

常用的校正装置有光学校正装置、数控校正装置等。

11．介绍制定等比数列规范公比的原则，分析通用机床、自动机床和小型机械如何选用等比数列的公比？答：制定等比数列规范公比的原则有3条：一是大于1小于等于2；公比为2的某次方根；公比为10的某次方根。

从使用性能方面考虑，规范等比数列的公比最好选小一些，以便减少相对转速损失。

但公比越小，转速级数就越多，系统结构将越复杂。

对于生产率要求较高的通用机械设备，减少相对转速损失率是主要的，故取较小公比，如1.26或1.41。

对于非自动化小型机床，为了简化结构，可将转速公比选的大一些。

如一般为1.58，甚至可取为2。

对于批量生产用的自动机床或大批生产用的专用机床，对减少相对转速损失的要求很高，所以常取很小的公比如 1.12或1.26。

12．画出结构式18=3[3]·3[1]·2[9]的结构网，说明哪个是基本组、第一扩大组和第二扩大组，并求出当公比为1.26时各变速组的级比、级比指数，验证变速组的变速范围。

答：18=3[3]·3[1]·2[9]的结构网略18=3[3]·3[1]·2[9]的3[1]为基本组，3[3]为第一扩大组，2[9]为第二扩大组。