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《机械制造装备设计》复习题


《机械制造装备设计》复习题

考试题型: 一、 单项选择题 10 分 二、 填空题 30 分 三、 简答题 15 分 四、 计算题 45 分 第一章 一、单项选择题 1.下面哪一项不属于数字化制造支撑技术。 A. 虚拟现实 C. 快速原型 2. 下面哪一项不属于现代生产和管理技术。 A. “刚性”生产 C. 快速可重组制造 A. 专家系统 C. 遗传算法 A. 技术经济方面的要求 C. 耐用度方面的要求 A. 强度、刚度和抗振性方面的要求 C. 耐用度方面的要求 二、填空题 6. 现代化机械制造装备向高效、高速、__高精度__方向发展。 7. 系列型谱内产品扩展的方式有___纵系列___、横系列和跨系列扩展三类。 8. 现代化机械制造装备多功能复合化、__柔性__自动化的产品称为发展的主流。 9. 系列型谱内一组功能、工作原理和结构相同,而尺寸和性能参数不同的产品称为___纵系列___产品。 10. 现代化机械制造装备__智能__制造技术和智能化装备有了新的发展。 11. 系列型谱内采用相同的主要基础件和通用部件的不同类型产品称为__跨系列__产品。 第二章 一、单项选择题 1. 机床的总体结构方案设计中,刀具只有旋转运动的运动分配式为 A. C. [ ]。 金属切削机床设计 B. 准时生产 D. 并行工程 [ ]。 B. D. 人工神经网络 绿色制造 [ ]。 B. 计算机网络 D. LAF 生产系统 [ ] [ ] 机械制造及装备设计方法

3. 20 世纪 50 年代末出现的人工智能技术,它不包括下列哪一项。

4.下列哪一项不属于机械制造装备应满足的一般功能要求。 B. 加工稳定性方面的要求 D. 自动化方面的要求 [

5. 下列哪一项不属于机械制造装备应满足的一般功能要求。 B. 加工稳定性方面的要求 D.精密化方面的要求

]。

W /? X f , Z f , Y f , C p / T W / X f , Z f ?Yf ,Cp /T
机床刚度 B.

B. D.

W / X f ? Z f ,Y f , C p / T W / X f , Z f ,Y f ? C p / T
[ ]。

2. 与机床振动无直接关联的因素是 A. 机床阻尼 1

C. A. C.

机床系统固有频率 通用机床 专门化机床

D. B. D.

机床热变形 ]。 专用机床 数控机床 [ ]。

3. 用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面,按特定的工序进行加工的机床,称为[

4. 为防止爬行,在设计低速运动部件时,主要应采取下列那项措施。 A. 提高传动精度 C. 减少热变形 A. 前密后疏 C. 前疏后密 A.增加变速组 C.采用双公比传动系 B. 提高抗振能力 D. 减少静、动摩擦系数之差

5. 下面哪一项不属于机械进给传动系的设计特点。 B. 恒转矩传动 D. 采用传动间隙消除机构

[ ]。

6. 下列哪一项不属于主变速传动系设计中扩大变速范围的方法。 B. 采用分支传动 D. 采用交换齿轮

[

]。

7. 机床的总体结构方案设计中,工件具有 X 和 Z 方向运动的运动分配式为 A. C.

[

]。

W /? X f , Z f , Y f , C p / T W / X f , Z f ?Yf ,Cp /T

B. D.

W / X f ? Z f ,Y f , C p / T W / X f , Z f ,Y f ? C p / T
[ ]。

8. 在系列型谱中,结构最典型、应用最广泛的是所谓的 A. 纵系列产品 C. 跨系列产品 A. 通用机床 C. 专门化机床 A. 前密后疏 C. 前疏后密 B. 横系列产品 D. 基型产品

9. 可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面的机床,称为 B. D. 专用机床 数控机床

[

]。

10. 下面哪一项不属于主变速传动系设计的一般原则。 B. 前多后少 D. 前慢后快

[

]。

11. 机床的总体结构方案设计中,刀具具有 Y 方向平动和绕 Z 轴转动的运动分配式为 [ A. C.

]。

W /? X f , Z f , Y f , C p / T W / X f , Z f ?Yf ,Cp /T

B. D.

W / X f ? Z f ,Y f , C p / T W / X f , Z f ,Y f ? C p / T
[ ]。

12. 下列哪一项不属于主变速传动系设计中扩大变速范围的方法。 A.增加变速组 C.采用双公比传动系 A. C. A. C. 表面成形运动 独立运动 机床的刚度 机床系统固有频率 B. 采用分支传动 D. 采用多速电机

13. 机床上用来完成工件一个待加工表面几何形状的生成和金属的切除任务的运动,称为[ B. 表面非成形运动 D. 复合运动 [ B. 机床的阻尼特性 D. 机床的热变形 [ ]。 B. ]。

]。

14 下列哪一项不是影响机床振动的主要原因

15 沿斜置坐标系的 Z 轴运动可表示为: A.

Z

Zp
2

C.

Zf

D.

Za
[ C ]。

16 最大相对转速损失率为 29%的标准公比 ? 是 A. 1.12 C. 1.41 [ A. C. B ]。 B. D. B. 1.26 D. 1.58

17 设计机床主变速传动系时,为避免从动直齿圆柱齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸,一般限制降速最小传动比为

u主min ≤ 2 u主min ≤ 2.5 16 = 2 2 × 21 × 2 4 × 2 8 16 = 21 × 2 2 × 2 4 × 28

u 主 min ≥ 1 / 4 u主min ≥ 1 / 5
[ B. D. B ]。

18 下列为双公比变速传动系的结构式为 A. C.

16 = 2 2 × 2 5 × 2 4 × 2 8 16 = 2 2 × 2 4 × 2 6 × 28
[ A ]。

19 机床主轴或各传动件的计算转速定义为: A. 传递全部功率的最低转速 C. 传递全部扭矩的最低转速 B. 传递全部功率的最高转速 D. 传递全部功率的转速

20. 机床的总体结构方案设计中,车床的运动功能式为 A. C.

[ A B. D.

]。

W / Cp, Z f , X f / T W / X p , Za ,Y f / T
A ]。 B. D.

W / X f ,Y f , Z f , C p / T W / C f , Z f , X f , Ba , C p / T

21. 设 计 机 床 主 变 速 传 动 系 时 , 为 避 免 扩 大 传 动 误 差 , 减 少 振 动 噪 声 , 一 般 限 制 直 齿 圆 柱 齿 轮 的 最 大 升 速 比 [ A. C.

u主max ≤ 2 u主max ≤ 2.5 16 = 2 2 × 21 × 2 4 × 2 8 16 = 21 × 2 2 × 2 4 × 28

u主 max ≥ 1 / 4 u主max ≥ 1 / 5
[ B. D. B ]。

22.下列为双公比变速传动系的结构式为 A. C.

16 = 2 2 × 2 3 × 2 4 × 28 16 = 2 2 × 2 4 × 2 6 × 28
[ D ]。

23.机床进给传动系中各传动件的计算转速是其: A. 传递全部扭矩的最低转速 C.最低转速 B. 传递全部功率的最高转速 D. 最高转速

24. 机床的总体结构方案设计中,刨床的运动功能式为 A. C.

[ B. D.

C ]。

W / Cp, Z f , X f / T W / X p , Za ,Y f / T

W / X f ,Y f , Z f , C p / T W / C f , Z f , X f , Ba , C p / T
[ C 3 ]。

25.机床上各运动之间无严格运动关系,称为

A. C. A. C.

表面成形运动 独立运动 机床的刚度 机床系统固有频率

B. 表面非成形运动 D. 复合运动 [ B. 机床的阻尼特性 D. 机床低速运动的平稳性 [ C B. D. ]。 D ]。

4 下列哪一项不是影响机床振动的主要原因

26.坐标系的 Z 轴为进给运动可表示为: A. C.

Z

Zp

Zf

Za
[ B ]。

27.最大相对转速损失率为 21%的标准公比 ? 是 A. 1.12 C. 1.41 [ A. C. C ]。 B. D. B. 1.26 D. 1.58

28. 设 计 机 床 主 变 速 传 动 系 时 , 为 避 免 扩 大 传 动 误 差 , 减 少 振 动 噪 声 , 一 般 限 制 斜 齿 圆 柱 齿 轮 的 最 大 升 速 比

u主max ≤ 2 u主max ≤ 2.5 16 = 2 2 × 21 × 2 4 × 2 8 16 = 21 × 2 2 × 2 4 × 28

u主 max ≥ 1 / 4 u主max ≥ 1 / 5
[ B B. D. ]。

29.下列为双公比变速传动系的结构式为 A. C.

16 = 2 2 × 2 4 × 2 5 × 28 16 = 2 2 × 2 4 × 2 6 × 28
[ C ]。

30.机床主轴或各传动件的计算转速定义为: A. 传递全部功率的最高转速 C. 传递全部扭矩的最高转速 二、填空题 B. 传递全部扭矩的最低转速 D. 传递全部功率的转速

31. 运动功能设计包括确定机床所需运动的个数、形式、功能及排列顺序,最后画出机床的运动___原理___图。 32. 工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的,有__轨迹法__、成形法、相切法和展成法。 33. 公比 ? 值小则相对转速损失___小___。 34. 进给运动消耗的功率远__小__于主传动功率。 35. 在变速传动系中,既是前一变速组的从动齿轮,又是后一变速组的主动齿轮,称为__公用__齿轮。 36. 双公比变速传动系是在常规变速传动系基础上,通过改变基本组的___级比指数___演变来的。 37. 最严重情况时,齿轮处于轴的中部时,应验算在齿轮处轴的___挠度___。 38. 为了扩大恒功率调速范围,在变速电动机和主轴之间串联一个___分级变速箱___。 39. 基本参数设计包括尺寸参数、运动参数和__动力__参数设计。 。 40. 工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的,有轨迹法、__成形法__、相切法和展成法。 41. 公比 ? 值小,当变速范围一定时变速级数将__增多__。 42. 快速运动电动机起动时消耗的功率___最大___。 43. 采用公用齿轮可以__减少__齿轮的数目,简化结构,缩短轴向尺寸。 44. 如要演变成双公比变速传动系,基本且的传动副数 P0 常选为__2__。 4

45. 最严重情况时,当齿轮处于轴的两端附近时,应验算齿轮的__倾角__。 46. 无级变速装置作为传动系中的基本组, 而分级变速作为扩大组, 其公比 ? f 理论上应等于无级变速装置的__变速范围 Rd __。 47. 传动系统设计包括传动方式、传动原理图及传动__系统__图设计。 。 48. 工件加工表面的发生线是通过刀具切削刃与工件接触并产生相对运动而形成的,有轨迹法、成形法、__相切法__和展成法。 49. 公比 ? 值小,当变速范围一定时变速级数将增多,变速箱的结构__复杂__。 50. 无级变速传动可以在一定的变速范围内连续改变转速,以便得到最有利的__切削速度__; 51. 在主传动系设计中,通常,中间轴的最高转速不超过__电动机__的转速。 52. 采用公用齿轮时,两个变速组的___模数___必须相同。 53. 分支传动是指在串联形式变速传动系的基础上,增加并联分支以扩大___变速范围___。 54. 为了扩大恒功率调速范围,在变速电动机和主轴之间串联一个__分级变速箱__,这种方法广泛用于数控机床、大型机床中。 55. 数控机床的发展已经模糊了粗、精加工的工序概念,车削中心又把车、铣、镗、钻等工序集中到__同一机床__上来完成, 完全打破了传统的机床分类。 56. 基于让轻者运动,重者不动或少动的原则,__虚拟轴__机床取消了工作台、夹具、工件这类最重部件的运动,而将运动置 于最轻部件——切削头上。 57. 在磁路构造上,__直线__伺服电动机一般做成双边型,磁场对称,不存在单边磁拉力,在磁场中受到的总推力可较大。 58. 齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和__柔性__调整法两类方法。 59. 机床精度包括几何精度、___传动精度___、运动精度、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等。 60. 当激振频率与机床的固有频率___接近___时,机床将呈现“共振”现象,使振幅激增,加工表面的粗糙度也将大大增加。 61. 据统计,由于机床热变形而使产生的__加工__误差最大可占全部误差的 70%左右。 62. 分支传动是指在串联形式变速传动系的基础上,增加并联分支以___扩大___变速范围。 63. 为了扩大__恒功率__调速范围,在变速电动机和主轴之间串联一个分级变速箱,这种方法广泛用于数控机床、大型机床中。 64. 将电动机与主轴__合为一体__,制成内装式电主轴,实现无任何中间环节的直接驱动,并通过冷却液循环冷却方式减少发 热。 65. 数控机床的发展已经__模糊__了粗、精加工的工序概念,车削中心又把车、铣、镗、钻等工序集中到同一机床上来完成, 完全打破了传统的机床分类。 66. 基于让轻者运动,__重者__不动或少动的原则,虚拟轴机床取消了工作台、夹具、工件这类最重部件的运动,而将运动置 于最轻部件——切削头上。 67. 在磁路构造上,直线伺服电动机一般做成双边型,磁场对称,不存在单边磁拉力,在磁场中受到的总__推力__可较大。 68. 齿轮传动间隙的消除有__刚性__调整法和柔性调整法两类方法。 69. 机床精度包括几何精度、传动精度、___运动精度___、定位和重复定位精度、工作精度和精度保持性等。 70. 当激振频率与机床的___固有频率___接近时,机床将呈现“共振”现象,使振幅激增,加工表面的粗糙度也将大大增加。 71. 据统计,由于机床__热变形__而使产生的加工误差最大可占全部误差的 70%左右。 72. 机床运动部件产生爬行,会影响机床的定位精度、工件的加工精度和__表面粗糙度__。 73. 进给运动与主运动合用一个电动机,如普通卧式车床、钻床等。进给运动__消耗__的功率远小于主传动功率。 74. 无级变速传动能在负载下变速,便于车削大端面时保持恒定的__切削速度__,以提高生产效率和加工质量。 75. 在主传动系设计中,通常,__中间轴__的最高转速不超过电动机的转速。 76. 采用公用齿轮时,两个变速组的模数必须___相同___。 77. 分支传动是指在串联形式变速传动系的基础上,增加___并联分支___以扩大变速范围。 78. 为了__扩大__恒功率调速范围,在变速电动机和主轴之间串联一个分级变速箱,这种方法广泛用于数控机床、大型机床中。 79. 将电动机与主轴合为一体,制成__内装式__电主轴,实现无任何中间环节的直接驱动,并通过冷却液循环冷却方式减少发 热。 80. 数控机床的发展已经模糊了__粗、精加工__的工序概念,车削中心又把车、铣、镗、钻等工序集中到同一机床上来完成, 完全打破了传统的机床分类。 5

81. 基于让__轻者__运动,重者不动或少动的原则,虚拟轴机床取消了工作台、夹具、工件这类最重部件的运动,而将运动置 于最轻部件——切削头上。 82. 在磁路构造上,直线伺服电动机一般做成双边型,磁场对称,不存在单边__磁拉力__,在磁场中受到的总推力可较大。 83. 齿轮传动__间隙__的消除有刚性调整法和柔性调整法两类方法。 三、简答题 84. 在设计分级变速箱时,考虑机床结构复杂程度,运转平稳性要求等因素,变速箱公比的选取有哪几种情况? 答:1)变速箱的公比 ? f 等于电动机的恒功率调速范围 RdN ,即 ? f

= RdN ,功率特性图是连续的,无缺口和无重合。 ≥ RdN 。

2)若要简化变速箱结构,变速级数应少些,变速箱公比 ? f 可取大于电动机的恒功率调速范围 RdN ,即沪 ? f

这时,变速箱每档内有部分低转速只能恒转矩变速,主传动系功率特性图中出现“缺口” ,称之功率降低区。使用“缺口”范围 内的转速时,为限制转矩过大,得不到电动机输出的全部功率。为保证缺口处的输出功率,电动机的功率应相应增大。 3)如果数控机床为了恒线速切削需在运转中变速时,取变速箱公比甲;小于电动机的恒功率变速范围,即 ? f 在主传动系功率特性图上有小段重合。 85. 试导出主轴变速箱设计中,变速范围 Rn 、公比 ? 和级数 Z 之间的关系式? 答:目前,多数机床主轴转速是按等比级数排列,则转速数列为

≤ RdN ,

n1 = nmin , n2 = nmin? , n3 = nmin? 2 ,… n z = nmin? z ?1
由等比级数规律可知 Rn

=

nmax = ? z ?1 ;即 nmin
= ( z ? 1) lg ? ;故

? = ( z ?1) Rn
z= lg Rn +1 lg ?

两边取对数,可写成 lg Rn

86. 试述何为爬行?对机床和工件加工有何影响?如何防治? 答:1)机床上有些运动部件,需要作低速或微小位移。当运动部件低速运动时,主动件匀速运自,从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。这中在低速运动时产生的运动不平稳性称为爬行。 2)机床运动部件产生爬行,会影响机床的定位精度、工件的加工精度和表面粗糙度。在精密、自动化及大型机床上,爬行 的危害更大。 3)防止爬行,在设计低速运动部件时,应减少静、动摩擦系数之差;提高传动机构的刚度和降低移动件的质量等。 87. 何为机床抗振能力?机床振动会带来哪些危害?影响机床振动的主要原因有哪些? 答: (1)机床抗振能力是指机床在交变载荷作用下,抵抗变形的能力。它包括两个方面:抵抗受迫动的能力和抵抗自激振动的 能力。 (2)机床振动会降低加工精度、工件表面质量和刀具寿命,影响生产率并加速机床的损坏,而且会产生噪声,使操作者疲劳 等。 (3)影响机床振动的主要原因有: 1) 机床的刚度。如构件的材料选择、截面形状、尺寸、肋板分布,接触表面的预紧力、表面粗糙度、加工方法、几何尺 寸等。 2) 机床的阻尼特性。提高阻尼是减少振动的有效方法。机床结构的阻尼包括构件材料的内阻尼和部件结合部的阻尼。结 合部阻尼往往占总阻尼的 70%一 90%左右,应从设计和工艺上提高结合部的刚度和阻尼。 3) 机床系统固有频率。若激振频率远离固有频率,将不出现共振。 88. 试述主轴变速箱设计的一般原则? 6

答: (1)传动副前多后少的原则 1)主变速传动系统从电动机到主轴,通常为降速传动。接近电动机传动件转速较高,根据公式 M 传动的转矩 M 较小,尺寸小些,因此,在拟定主变速系统时,尽可能将传动副较多的变速组安排在前面。 (2)传动顺序与扩大顺序相一致的原则 当各传动轴最高转速相同时,前密可使最低转速提高,从而减少传动件尺寸。 (3)变数组的降速要前慢后快,中间轴的转速不宜超过电动机的转速。 从电机轴到主轴之间总的趋势是降速传动,在分配各变速组传动比时,应前面变速组降速慢些,后面快些,以使中间传动轴具 有较高的转速,以减少扭矩,从而减少传动件尺寸。 89. 举例说明在机床主传动系统设计中,采用双公比的传动系来实现扩大变速范围的方法。 答:在通用机床的使用中,每级转速使用的机会不太相同。经常使用的转速一般是在转速范围的中段,转速范围的高、低段使 用较少。双公比传动系就是针对这一情况而设计的。主轴的转速数列有两个公比,转速范围中经常使用的中段采用小公比,不 经常使用的高、低段用大公比。 双公比变速传动系是在常规变速传动系基础上,通过改变基本组的级比指数演变来的。设常规变速传动系

= 9550

N n

可知,

16 = 2 2 × 21 × 2 4 × 2 8 ,? = 1.26 ,变速范围 Rn = ? 16?1 = 32 ,基本组是第二个变速组,其级比指数 X。=1;如要演变
成双公比变速传动系,基本且的传动副数 P。常选为 2。将基本组的级比指数 X。=1 增大到 1+2n,n 是大于 1 的正整数。 本例中,n=2,基本组的级比指数成为 5,结构式变成 16 个转速空挡,各有 2 级转速的公比等于 ? 32 增加到 Rn
2

= 2 2 × 2 5 × 2 4 × 2 8 ,主轴转速范围的高、低段各出现 n

= 2

= 1.58 ,比原来常见变速传动系增加了 4 级转速的变速范围,即从原来的变速范围

= ? 20?1 = 80 。

90. 小于 1?m 的微量进给机构有哪几种? 答:1)弹性力传动是利用弹性元件(如弹簧片、弹性模片等)的弯曲变形或弹性杆件的拉压变形实现微量进给。适用于作补偿 机构和小行程的微量进给。 2)磁致伸缩传动是靠改变软磁材料(如铁钻合金、铁铝合金等)的磁化状态,使其尺寸和形状产生变化,以实现步进或微 量进给。适用于小行程微量进给。 3)电致伸缩是压电效应的逆效应。当晶体带电或处于电场中,其尺寸发生变化,将电能转换为机械能以实现微量进给。其 进给量小于

0.5?m ,适用于小行程微量进给。 0.5?m ,其重复定位精

4)热应力传动是利用金属杆件的热伸长驱使执行部件运动,来实现步进式微量进给,进给量小于 度不太稳定。 91. 试用简图表示滚珠丝杠的三种支承方式并分别说明其适用场合? 答:滚珠丝杠的支承方式有三种,如图 3-49 所示。 (1)图 3-49a 为一端固定,另一端自由方式;常用于短丝杠和竖直丝杠。 (2)图 3-49b 为一端固定,一端简支承方式,常用于较长的卧式安装丝杠。 (3)图 3-49c 为两端固定,用于长丝杠或高转速,要求高拉压刚度的场合。 答题图

7

答题 91 图 滚珠丝杠支撑方式
92. 根据结构式 Z = 23×32×26 讨论下列问题: (1)该传动系统在传动上有何特点? (2)可以采用的最大公比 ? max 是多少? (3)如采用双速电机时,公比 ? 应为多少? 答:1) 无基本组,双公比,上下各空一级转速。 2) 3)

? r3 = ? x3 ( P3 ?1) = ? 6 ( 2?1) ≤ 8 ,∴ ? max = 1.41 ? r电 = ? x ( P ?1) = ? 3( 2?1) = 2 ,∴ ? = 1.26

93. 常用的消除齿轮传动间隙的方法有哪几类?各有何特点? (1)齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和柔性调整法两类方法。 (2)刚性调整法是调整后的齿侧间隙不能自动进行补偿,如偏心轴套调整法、变齿厚调整法、斜齿轮轴向垫片调整法等。特点 是结构简单,传动刚度较高。但要求严格控制齿轮的齿厚及齿距公差,否则将影响运动的灵活性。 (3)柔性调整法是指调整后的齿侧间隙可以自动进行补偿,结构比较复杂,传动刚度低些,会影响传动的平稳性。主要有双片 直齿轮错齿调整法,薄片斜齿轮轴向压簧调整法,双齿轮弹簧调整法等。 94. 试解释主轴变速箱设计中, “前多后少”原则的含义? 答:1)主变速传动系统从电动机到主轴,通常为降速传动。接近电动机传动件转速较高,根据公式 M 动的转矩 M 较小,尺寸小些; 2) 反之,靠近主轴的传动件转速较低,传递的转矩较大,尺寸较大。 3)因此,在拟定主变速系统时,尽可能将传动副较多的变速组安排在前面,将传动副较少的变速组安排在后面,使主变速 传动系统中更多的传动件在高速范围内工作,尺寸小些,以便节省变速箱的造价,减少变速箱的外形尺寸。 四、计算题 95. 设计一台 8 级转速的车床主传动系统,主轴最高转速为 nmax = 1400 r/min。要求采用转速为 1440/710 r/min 的双速电机。 (1) .写出结构式 (2) .求出公比 ? (3) .验算最后变速组的变速范围 8

= 9550

N n

可知,传

(4) .分配降速比 (5) .画出转速图 答: (1)结构式: 8

= 2 2 × 21 × 2 4
= 1440 = ? x ( p ?1) = ? 2 ( 2?1) ≈ 2 ; ∴ ? = 2 = 1.41 710

(2) 公比 ? :? r电

(3)最后变速组的变速范围 r (4)分配降速比

= ? x ( p ?1) = 1.414 ( 2?1) = 4 ≤ 8 ,

合格。

Rn =

nmax = ? z ?1 ; nmin nmax

∴ nmin =
取∴ n min

?

z ?1

=

1400 = 126.35 1.418?1
r/min

r/min,

= 125

1 1 1 1 1 1 1 = = ≈ 5 = 0× 2× 3 5.055 n电 710 1.41 ? ? ? ? 125 nmin
(5)绘制转速图









采用双速电机的车床主传动系统

96. 根据图示某车床主传动系统转速图,回答下列问题? (1)写出其结构式 (2)写出Ⅱ-Ⅲ轴间变速组的变速范围 (3)写出Ⅲ轴变速范围公式及其大小 (4)找出各轴的计算转速 (5)找出Ⅱ轴上齿轮的计算转速 9

答: (1)结构式: 8 (2)

= 2 2 × 21 × 2 4



? r = ? x ( p ?1) = 1.414 ( 2?1) = 4 ;
= r1 r2 r3 = ? 2 ( 2?1)? 1( 2?1)? 4 ( 2?1) = ? 7 = 1.417 ≈ 11

(3) Rn

或 Rn

=

nmax 1000 = ≈ 11 nmin 90
z ?1 3


8 ?1 3

(4) n j 选nj

= nmin?
= 185

= 90 × 1.41

≈ 159.57

r/min

r/min

轴号

I 700

II 315

III 185

nj
(5) 齿轮

Z25 64

Z59 315

Z81 315

Z72 445

nj
97. 某数控车床,主轴最高转速 n max

= 4500

r/min ,最低转速 n min

= 45 r/min 。采用直流调速电动机,电动机功率
r/min。试设计分级变速箱传动系统(要求无

N电 = 15

kW,电动机额定转速 n d

= 1500 r/min,最高转速 nd max = 4000

功率缺口) 。 (1)确定主轴计算转速。 10

(2)确定变速级数 z 和公比 ? f 。 (3)确定主电动机最低转速。 (4)画出转速图。

? nmax 答: (1) n j = n min ? ?n ? min
(2) RnN

? ? ? ?

0.3

? 4500 ? = 45? ? ? 45 ?

0.3

= 179.15 r/min

=

n nmax 4000 4500 = 2.67 ; = = 25.12 ; RdN = d max = 179.15 nj 1500 nd

?1 ?z = f

RnN 25.12 = = 9.41 2.67 RdN

当z 当z 当z

; = 2 时, ? f = 9.41 > RdN = 2.67 有功率“缺口”

= 3 时, ? f = 3.07 > RdN = 2.67 有功率“缺口” ;
,可选用。 = 4 时, ? f = 2.11 < RdN = 2.67 无功率“缺口”

(3)

nj nmin

=

nd nd min



nd min =

nmin nd 1500 × 45 = = 376.78 179.15 nj

r/min

(4)

1)分级变速箱传动系统结构式: 4

= 21 × 2 2

2)分配降速比

1 1 1 1 1 1 = = 2.85 = 0 × 1 × 1.85 2.85 376.78 2.11 ? ? ? ? 45
= ? x ( p ?1) = 2.112 ( 2 ?1) = 4.4
<8 合格

3)验算最后变速组变速范围: r (5)绘制转速图
电 Ⅰ Ⅱ Ⅲ

某数控车床主传动系统

98. 已知某中型车床,主轴最高转速 n max 动机,电动机额定转速 n d

= 2000

r/min,主轴最低转速 n min

= 45

r/min,公比 ?

= 1.41 。采用异步电

= 1440 r/min。试设计主轴变速箱传动系统。
11

(1)确定主轴转速级数。 (2)写出结构式。 (3)验算最后变速组变速范围。 (4)分配降速比。 (5)画出转速图。

答: (1)

2000 lg lg Rn 45 + 1 = 12 +1 = z= lg ? lg 1.41
12 = 31 × 2 3 × 2 6 r = ? x ( p ?1) = 1.416 ( 2?1) = 8 ≤ 8
满足要求

(2)

(3)

(4)分配降速比

U 总降 =

1 1 1 1 1 1 1 1 = = = = × × × 1440 1.4110.09 ? 10.09 ? 1.09 ? 2 ? 3 ? 4 nd 45 n min

(5)绘制转速图


1440


Z5:Z6 Z3:Z


Z9:Z10


Z1 Z1 4 3:



2000

1400 1000 710

120: 170

4

Z1:

Z2

500 355 250 180 125 90 63 45
12

100. 根据图示某车床主传动系统转速图,回答下列问题? (1)写出其结构式 (2)写出Ⅲ-Ⅳ轴间变速组的变速范围 (3)Ⅳ轴变速范围公式及其大小 (4)找出各轴的计算转速 (5)找出Ⅲ轴上齿轮的计算转速

:Z Z7
8

Z1

12

1

:Z

答: (1)结构式: 12 (2)? r (3) Rn

= 31 × 2 3 × 2 6



= ? x ( p ?1) = 1.416 ( 2?1) = 8 ;
= r1 r2 r3 = ? 1( 3?1)? 3( 2?1)? 6 ( 2?1) = ? 11 = 1.4111 ≈ 44

12 ?1 3

或 Rn

=

nmax 1400 = ≈ 44 nmin 31.5

(4) n j

= nmin?

z ?1 3

= 31.5 × 1.41
I 710

≈ 90

r/min

轴号

II 355

III 125

Ⅳ 90

nj
(5)

齿轮

Z18 355

Z60 125

Z62 125

Z42 355

nj

101. 设计一台 12 级转速的车床主传动系统,主轴最高转速为 n max 的三速电机。 1.求出公比 ? 。 13

= 3000

r/min。要求采用转速为 3000/1500/750 r/min

2.写出结构式。 3.验算最后变速组的变速范围。 4.分配降速比。 5.画出转速图。 答: (1)公比 ? :? r电 (2) 结构式: 12

=

3000 = ? x ( p ?1) = ? 2 ( 3?1) = 4 ; ∴ ? = 4 4 = 1.41 750

= 3 2 × 21 × 2 6 = ? x ( p ?1) = 1.416 ( 2?1) = 8 ≤ 8
合格

(3)最后变速组的变速范围 r (4)分配降速比

Rn =

n nmax 3000 = ? z ?1 ;∴ nmin = max = = 68.5 z ?1 nmin 1.4112?1 ?

r/min, (标准转速 67r/min)

1 1 1 1 1 1 1 = = = 7 = 0× 3× 4 7 n电 750 1.41 ? ? ? ? 67 nmin

(5)绘制转速图









采用三速电机的车床主传动系统
第三章 一、单项选择题 1. 两个方向的推力轴承都配置在前支承处的配置形式称为 A. 前端配置 C. 两端配置 B. 后端配置 D. 中间配置 [ C ]。 [ A ]。 典型部件设计

2. 两个方向的推力轴承分别布置在前、后两个支承处的配置形式称为 14

A. 前端配置 C. 两端配置 A. 控制温升 C. 改善阻尼特性 二、填空题

B. 后端配置 D. 中间配置 [ C ]。 B. 采用热对称结构 D. 采用热补偿装置

3. 提高支承件结构热稳定性的主要方法中,不包括下列哪项。

4. 滚珠丝杠的支承方式中,一端固定,另一端自由方式,常用于短丝杠和___竖直丝杠___。 5. 丝杠传动的综合拉压刚度主要由丝杠的拉压刚度,支承刚度和___螺母刚度___三部分组成。 6. 主轴前轴颈直径一般按机床类型、主轴传递的___功率___或最大加工直径选取。 7. 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___。 8. 开式导轨的特点是结构简单,但不能承受较大___颠覆___力矩的作用。 9. 磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料__磁感应__强弱不同,通过感应线圈读取代码。 10. 滚珠丝杠的支承方式中,两端固定,用于长丝杠或__高转速__,要求高拉压刚度的场合。 11. 丝杠的预拉伸量应能补偿丝杠的__热变形__。 12. 卧式车床的主轴孔径 d 通常不小于主轴平均直径的__55%~56%__。 13. 支承件结构的静刚度主要包括弯曲刚度和扭转刚度,均与截面惯性矩成__正比__。 14. 在滑动导轨副中又可分为普通滑动导轨、静压导轨和__卸荷__导轨等。 15. 在光导纤维中传播的光信号比在导体中传播的电信号具有更高的抗__干扰__能力。 16. 将电动机与主轴合为一体,制成内装式__电主轴__,实现无任何中间环节的直接驱动,并通过冷却液循环冷却方式减少发 热。 三、简答题 17. 有哪些提高支承件结构性能的措施? 答: (1)提高支承件的静刚度和固有频率,主要方法是: 1)根据支承件受力情况合理地选择支承件的材料、截面形状和尺寸、壁厚,合理地布置肋板和肋条; 2)可以用有限元方法进行定量分析,以便在较小质量下得到较高的静刚度和固有频率; 3)改善支承件间的接触刚度以及支承件与地基联结处的刚度。 (2)提高动态特性,1)改善阻尼特性,2)采用新材料制造支承件。 (3)提高热稳定性,1)控制温升,2)采用热对称结构,3)采用热补偿装置。 18. 试述导轨有哪些组合形式?各有何特点? (1)双三角形导轨,不需要镶条调整间隙,接触刚度好,导向性和精度保持性好。但是,工艺性差,加工、检验和维修不 方便。多用在精度要求较高的机床中,如丝杠车床、导轨磨床、齿轮磨床等。 (2)双矩形导轨,承载能力大,制造简单。多用在普通精度机床和重型机床中,如重型车床、组合机床、升降台铣床等。 (3)矩形和三角形导轨的组合,这类组合的导向性好,刚度高,制造方便,应用最广。如车床、磨床、龙门铣床的床身导轨。 (4)矩形和燕尾形导轨的组合 19. 试述陶瓷滚动轴承得特性。 答: 陶瓷滚动轴承的材料为氮化硅(Si3N4),密度为 3.2 × 10
3

能承受较大力矩,调整方便,多用在横梁、立柱、摇臂导轨中。

kg/m3 ,仅为钢( 7.8 × 10 3 kg/m3 )的

40% ,线膨胀系数为

,弹性模量为 315GPa,比轴承钢大。在高速下,陶瓷滚动轴承与钢制滚 3 × 10 ?6 / o C ,比轴承钢小得多( 12.5 × 10 ?6 / o C ) 动轴承相比:质量小,作用在滚动体上的离心力及陀螺力矩较小,从而减小了压力和滑动摩擦;滚动体线胀系数小,温升较低, 轴承在运转中预紧力变化缓慢,运动平稳;弹性模量大,轴承的刚度增大。 20. 试述磁浮轴承的特点? 15

1)磁浮轴承的特点是无机械磨损,理论上无速度限制; 2)运转时无噪声,温升低、能耗小;不需要润滑,不污染环境,省掉一套润滑系统和设备; 3)能在超低温和高温下正常工作,也可用于真空、蒸汽腐蚀性环境中。 4)装有磁浮轴承的主轴可以适应控制,通过监测定子绕组的电流,灵敏地控制切削力,通过检测切削力微小变化控制机械 运动,以提高加工质量。 5)因此磁浮轴承特别适用于高速、超高速加工。 21. 证明主轴组件前轴承精度高于后轴承? 答:主轴轴承中,前后轴承的精度对主轴旋转精度的影响是不同的,前轴承轴心有偏移 δ a ,后轴承轴心偏移量为零,由偏移 量 δ a 引起的主轴端轴心偏移为

δ a1 =

L+a δa L = a δb L

后轴承轴心有偏移 δ b ,前轴承轴心偏移量为零,由偏移量 δ b 引起的主轴端轴心偏移为 δ b1 显然,前支撑的精度比后支撑对主轴部件的旋转精度影响较大。 因此,选取轴承精度时,前轴承的精度要选得高一点,一般比后轴承的精度高一级。 22. 试述提高支承件结构性能的措施? 答:(1) 提高支承件的静刚度和固有频率 (2) 提高动态特性 1) 改善阻尼特性 2) 采用新材料制造支承件 (3) 提高热稳定性 1)控制温升 2)采用热对称结构 3)采用热补偿装置 23. 试述粘贴塑料软带导轨的特性? 答: 采用较多的粘贴塑料软带是以聚四氟乙烯为基体,添加各种无机物和有机粉末等填料。 其特点是: (1) 摩擦系数小,耗能低;动、静摩擦系数接近,低速运动平稳性好; (2) 阻尼特性好,能吸收振动,抗振性好; (3) 耐磨性好,有自身润滑作用,没有润滑油也能正常工作,使用寿命长; (4) 结构简单,维护修理方便,磨损后容易更换,经济性好。 (5) 但是,刚性较差,受力后产生变形,对精度要求高的机床有影响。

粘贴塑料软带一般粘贴在较短的动导轨上,在软带表面常开出直线形或三字形油槽。配对金属导轨面的粗糙度要求在 0.4~0.8μm、硬度在 25HRC 以上。

16

第四章 一、单项选择题 1. 一个三自由度球坐标型机器人,其运动功能式为 A. C.

工业机器人设计

[ B B. D.

]。

O / θ1θ 2θ 3 / M O / θ1 Z 2Y3 / M O / θ1θ 2θ 3 / M O / θ1 Z 2Y3 / M

O / θ1θ 2Y3 / M O / X 1 Z 2Y3 / M
[ D ]。

2. 一个三自由度直角坐标型机器人,其运动功能式为 A. C. B. D.

O / θ1θ 2Y3 / M O / X 1 Z 2Y3 / M
[ B ]。

3. 在机器人关节坐标轴轴线位置的选取中,与 i 关节的运动方向一致的为 A. C.

Xi Yi

B. D.

Zi Ci
[ D ]。 B. 抓取工件的重力及惯性力(矩) D. 手腕的重力 [ A ]。 B. 气流负压式吸盘 D. 磁吸式吸盘

4. 额定负载是指在机器人规定的性能范围内,机械接口处所能承受负载的允许值。不包括 A. 末端执行器的重力 C. 外界的作用力(矩) A. 挤压排气式吸盘 C. 真空泵排气式吸盘 [ B ]。 B. 气流负压式吸盘 D. 磁吸式吸盘 [B ]。

4. 靠向下挤压力将吸盘内的空气排出,使其内部形成负压,将工件吸住称为

5. 控制阀将来自气泵的压缩空气自喷嘴通人,形成高速射流,将吸盘内腔中的空气带走而形成负压,使吸盘吸住物体称为 A. 挤压排气式吸盘 C. 真空泵排气式吸盘 6. 下列哪项是工业机器人额定速度的定义 A.指在最大负载、匀速运动过程中,机械接口中心的最大速度。 B.指在额定负载、匀速运动过程中,机械接口中心的最大速度。 C.指在额定负载、加速度运动过程中,机械接口中心的最大速度。 D.指在最大负载、加速度运动过程中,机械接口中心的最大速度。 二、填空题 7. 球坐标型机器人特点是__灵活__性好,工作空间范围大,但刚度、精度较差。 8. 目前只在简易经济型、重型工业机器人和喷漆机器人中,才考虑采用__液压__驱动方式。 9. 直角坐标型机器人与机床相似,按直角坐标形式动作。刚度和精度高,但__灵活性差__,工作空间范围小。 10. 对轻负荷的搬运,上、下料点位操作的工业机器人,则可以考虑采用__气压__驱动方式。 11. 机器人性能指标按作业要求确定。 一般指位姿准确度及位姿重复性 (点位控制) 、 轨迹准确度及轨迹__重复性__ (轨迹控制) 、 最小定位时间及分辨率等。 12. 工业机器人的运动功能设计,也可称为自由度设计。其设计内容包括自由度个数、各__关节__运动的性质及排列顺序,在 基准状态时关节轴的方位等等。 17

13. 对双波传动谐波齿轮减速装置,刚轮和柔轮的齿数差应为__2__。 14. 机器人性能指标按作业要求确定。 一般指位姿__准确度__及位姿重复性 (点位控制) 、 轨迹准确度及轨迹重复性 (轨迹控制) 、 最小定位时间及分辨率等。 15. 工业机器人的运动功能设计,也可称为自由度设计。其设计内容包括自由度个数、各关节运动的性质及排列__顺序__,在 基准状态时关节轴的方位等等。 16. 对双波传动谐波齿轮减速装置,__刚轮__和柔轮的齿数差应为 2。 17. 机器人性能指标按作业要求确定。一般指位姿准确度及位姿重复性(点位控制) 、轨迹准确度及轨迹重复性(轨迹控制) 、 最小定位时间及__分辨率__等。 18. 工业机器人的运动功能设计,也可称为自由度设计。其设计内容包括自由度__个数__、各关节运动的性质及排列顺序,在 基准状态时关节轴的方位等等。 19. 对双波传动谐波齿轮减速装置,刚轮和柔轮的__齿数__差应为 2。 三、简答题 20. 简述工业机器人按机械结构类型分为哪几类?各有何特点? 答:分为关节型机器人,球坐标型机器人,圆柱坐标型机器人和直角坐标型机器人。 (1) 关节型机器人,关节型机器人的特点是灵活性好,工作空间范围大(同样占地面积情况下) ,但刚度和精度较低。 (2) 球坐标型机器人,其特点是灵活性好,工作空间范围大,但刚度、精度较差。 (3) 圆柱坐标型机器人, 按圆柱坐标形式动作。其特点是灵活性较好,工作空间范围较大,刚度、精度较好。 (4)直角坐标型机器人,刚度和精度高,但灵活性差,工作空间范围小。 21. 简述工业机器人的手腕及其功能。 手腕是联接手臂和末端执行器的部件,其功能是通过机械接口连接并支撑末端执行器,在手臂和机座实现了末端执行器在作业 空间的三个位置坐标(自由度)的基础上,再由手腕来实现末端执行器在作业空间的三个姿态(方位)坐标,即实现三个旋转 自由度。 通常腕能实现绕空间三个坐标轴的转动,即回转运动( θ )、左右偏摆运动( ? )和俯仰运动( β ) 。当有特殊需要时,还可以 实现小距离的横移运动。手腕的自由度愈多,结构和控制愈复杂。因此,应根据机器人的作业要求来决定其应具有的自由度数 目。在多数情况下,手腕具有一两个自由度即可满足作业要求。 22. 试述工业机器人机座结构设计要求。 答:1)要有足够大的安装基面,以保证机器人工作时的稳定性。 2)机座承受机器人全部重力和工作载荷,应保证足够的强度、刚度和承载能力。 3)机座轴系及传动链的精度和刚度对末端执行器的运动精度影响最大。因此机座与手臂的联接要有可靠的定位基准面,要 有调整轴承间隙和传动间隙的调整机构。 23. 我国国家标准 GB/12643-1997 是如何定义工业机器人和操作机的? 答:工业机器人定义: “是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机,能搬运材料、工件或挟持工具, 用以完成各种作业” ; 操作机定义: “具有和人手臂相似的动作功能,可在空间抓放物体或进行其它操作的机械装置” 。 24. 回转型夹持器和平移型夹持器各有何特点? 答:1)回转型夹持器结构较简单,但当所夹持工件的直径有变动时,将引起工件轴心的偏移。这个偏移量称为夹持误差。 2)对平移型夹持器,工件直径的变化不影响其轴心的位置。但其结构较复杂,体积大,制造精度要求高。 3)当设计机械式夹持器时,在满足工件定位精度要求条件下(工件的定位精度取决于操作机的定位精度和夹持器的夹持误 差大小) ,尽可能采用结构较简单的回转型夹持器。 25. 如图所示的机器人,若其关节运动范围限定为 ? 120 法画出其工作空间。 18
?

≤ θ1 ≤ 120 ? , ? 90 ? ≤ θ 2 ≤ 0 ? , ? 150 ? ≤ θ1 ≤ 0 ? 试用作图

Z o3
h3

o2 θ3
h2

o1 θ2
d1

Y

o0 θ1

d0

o

x0

关节机器人工作空间

答:

26. 简述气吸式末端执行器分为几 答:气吸式末端执行器有挤压排气 三种。 (1) 挤压排气式吸盘 (2)气流负压式吸盘

种方式?各有何特点? 式吸盘、气流负压式吸盘和真空泵排气式吸盘

靠向下挤压力将吸盘 3 内的空气排出,使其内部形成负压,将工件 4 吸住。结构简单、质量小,成 控制阀将来自气泵的压缩空气自喷嘴通人,形成高速射流,将吸盘内腔中的空气带走而形成负压,使

本低的优点,但吸力不大,多用于吸取尺寸不大,薄而轻物体。 吸盘吸住物体。这种吸盘比较方便,且成本低。 (3)真空泵排气式吸盘 利用电磁控制阀将吸盘与真空泵相联,当抽气时,吸盘腔内的空气被抽出,形成负压而吸住物体。 这种吸盘工件可靠,吸力大,但需配备真空泵及其控制系统,费用较高。 19

四、计算题 27. 试求两自由度机器人运动功能矩阵[T0,m] 。

c0

o1 o0

z1 a1 z0 x1 o2 x0

ym y2 c2 om z2 zm

[T0,m ] =[ 0 T1 ][T1 ][1T2 ][T2 ][ 2 Tm ] ?1 ?0 =? ?0 ? ?0 ?1 ?0 ? ?0 ? ?0 ?1 ?0 ? ?0 ? ?0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 ? ?C1 ? 0 0? ? ? S1 1 c0 ? ? 0 ?? 0 1 ?? 0 0 ? ?1 ? 0? ? = ?0 c 2 ? ?0 ? ? 1 ? ?0 ? S1 C1 0 0 0 1 0 0 0 0? ? C β 1 ? 0 0? ?? 0 1 0? ?? S β 1 ?? 0 1? ? 0 ? S1 C1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 a1 ? ?Cγ 1 ? S γ 1 ? 0 0? ? ? S γ 1 Cγ 1 Cβ1 0 ?? 0 0 ?? 0 1 ?? 0 0 0? ? 0 0 1 a1 ? ?0 ? ?? 0? ? ? 0 1 0 0 ? ?1 0 ? ? ? 1 0 0 0 ? ?0 ?? ?? 1 ? ? 0 0 0 1 ? ?0 S β1 0 0? ?1 ? 0 0? ? ?0 1 0 ? ?0 ?? 0 1 ? ?0 ?1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 ? ?1 ? 0? ? ?0 0 ? ?0 ?? 1 ? ?0 0? 0? ? Z2 ? ? 1? 0 0 0? 1 0 0? ? 0 1 Z2 ? ? 0 0 1?

0 0 ? ?C1 ? 0 0? ? ? S1 1 c0 ? ? 0 ?? 0 1 ?? 0

0 0? 0 0? ? 1 c2 ? ? 0 1?
= β = γ = 90 ? , C1 = cos θ1 , S1 = sin θ1 , 0 C1 0 S1 1 0 0 0 C1 (c 2 + Z 2 + a1 )? S1 (c 2 + Z 2 + a1 )? ? ? c0 ? 1 ?

式中: α

? ? S1 ?C [T0,m ] = ? 1 ? 0 ? ? 0

28. 根据图示左右旋丝杠平移型夹持器,回答下列问题? (1)试简述该夹持器的工作原理。 (2)取丝杠为研究对象,进行受力分析。 (3)求夹紧力 FN 和驱动力矩 T 之间的关系式 (4)讨论该夹持器的特性。

20

答: (1)如图所示,由电动机 1 驱动的一对旋向相反的丝杠 2,提供准确的平移夹紧动作。两丝杠协调一致地安装在同一轴上。 由导轨 3 保证钳爪杆 4 的平移运动。 (2)受力分析如图所示

β

(3)推导计算;

tgβ =

Ft FN

; Ft

=

T d0

2 2

; FN

=

T d 0 tgβ

d 0 ——丝杠螺纹的中经

β ——螺纹的螺旋角
(4) 这种夹持器若配置一单独的伺服电动机或步进电动机驱动, 可方便地通过编程控制电动机的旋转来夹紧和松开不同尺 寸规格的工件。如果采用滚珠丝杠和滚动导轨,能得到很高的重复定位精度(可达±0.005mm) 。平移型钳爪可使工件自动定心, 但其结构复杂,制造费用高。 29. 试求两自由度机器人运动功能矩阵[T0,m] 。

c0

o1 o0

z1 a1 z0 x1 o2 x0

ym y2 c2 om z2 zm

答:
[T0,m ] =[ 0 T1 ][T1 ][1T2 ][T2 ][ 2 Tm ] ?1 ?0 =? ?0 ? ?0 ?1 ?0 ? ?0 ? ?0 ?1 ?0 ? ?0 ? ?0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 ? ?1 ? 0 0? ? ?0 1 c 0 ? ?0 ?? 0 1 ? ?0 0 ? ?1 ? 0? ? = ?0 c 2 ? ?0 ? ? 1 ? ?0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 ?? Cβ1 ? 0 0? ?? 0 1 Z 1 ? ?? S β 1 ?? 0 1 ?? 0 0 0 ? ?1 0 ? 0 0? ? ?0 1 1 c 0 ? ?0 0 ?? 0 1 ? ?0 0 0 S β1 1 0 0 Cβ1 0 0 0 0 1 0 a1 ? ?Cγ 1 ? S γ 1 ? 0? ? ? S γ 1 Cγ 1 0 ?? 0 0 ?? 1 ?? 0 0 0 ? ? 0 0 1 a1 ? ?0 ? ?? 0? ? ? 0 1 0 0 ? ?1 Z 1 ? ? ? 1 0 0 0 ? ?0 ?? ?? 1 ? ? 0 0 0 1 ? ?0 0 0 1 0 0? ?1 ? 0? ? ?0 0 ? ?0 ?? 1 ? ?0 0 0 1 0 0 0? 0 0? ? 1 Z2 ? ? 0 1? 0? ?1 0 0 0 ? ? ? 0? ? ?0 1 0 0 ? 0 ? ?0 0 1 Z 2 ? ?? ? 1 ? ?0 0 0 1 ? 0 1 0 0

?1 0 0 0

0 0? 0 0? ? 1 c2 ? ? 0 1?

21

式中: α

= β = γ = 90 ? 0 0 1 0 1 c 2 + Z 2 + a1 ? ? 0 0 ? c0 + Z1 ? 0 ? 0 1 ?

?0 ?1 [T0,m ] = ? ?0 ? ?0

30. 根据内撑连杆杠杆式夹持器,回答下列问题? (1)试简述该夹持器的工作原理。 (2)取钳爪为研究对象,进行受力分析。 (3)求夹紧力 FN 和驱动力 F p 之间的关系式 。 (4)讨论该夹持器的特性。 答: (1)内撑式夹持器采用四杆机构传递撑紧力。其撑紧方向与外夹式相反。 钳壁撑紧工件,为使撑紧后能准确地用内孔定位,多采用三个钳爪(图中只画 了两个钳爪) 。

(2)受力分析如图所示

α

(3)推导计算;

Fp tan α = 3' Fp
; Fp
'

=

Fp 3 tan α

;

FN b = F p' c =

Fp c 3 tan α

FN =

F p' c b

=

Fp c 3b tan α

(4)讨论该夹持器的特性: 在结构尺寸 b、c 和驱动力 F p 一定时, 夹紧力 FN 与 α 角的正切成反比,当 α 角较小时,可获得较大的夹紧力,当 α 时此时钳爪已张开到最大极限位置。适合于内孔薄壁零件的夹持。 22

=0

31. 试求两自由度机器人运动功能矩阵[T0,m] 。

Xm a2 x2

zm

y2
c1

z1 θ 2 x1

c0

z0 o0 x0

两自由度机器人
答:

[T0,m ] =[ 0 T1 ][T1 ][1T2 ][T2 ][ 2 Tm ] ?1 ?0 =? ?0 ? ?0 ?C 2 ?S ? 2 ?0 ? ?0 ?1 ?0 =? ?0 ? ?0 ?C 2 ?S ? 2 ?0 ? ?0
式中: α

0 0 ? ?C1 ? S1 ? 0 0? ? ? S1 C1 1 c0 ? ? 0 0 ?? 0 1 ?? 0 0 ? S 2 0 0? ? C β 2 ? C 2 0 0? ?? 0 0 1 0? ?? S β 2 ?? 0 0 1? ? 0 0 0 0 ? ?C1 ? S1 ? 1 0 0? ? ? S1 C1 0 1 c0 ? ? 0 0 ?? 0 0 1 ?? 0 0 0 1 0 0 ? S2 C2 0 0 0 0? ? 0 ? 0 0? ?? 0 1 0? ? ? 1 ?? 0 1? ? 0

0 0 1 0

0? ?1 0 ? 0? ? ?0 C α 1 0 ? ?0 S α 1 ?? 1 ? ?0 0 a 2 ? ?C λ 2 ? 0? ? ? Sγ 2 0 ?? 0 ?? 1 ?? 0

? Sα 1 Cα 1

0 Sβ 2 1 0 0 Cβ 2 0 0 0 0 1 0

0? 0? ? c1 ? ? 0 1? ? Sγ 2 0 Cγ 2 0 0 1 0 0 0 0? 0? ? c1 ? ? 1? 0? 0? ? 0? ? 1?

0? 0? ? 0? ? 1?

0? ?1 ? 0? ? ?0 0 ? ?0 ?? 1 ? ?0

0 0 0 ?1 1 0 0 0 0 0 1 0

0 1 a 2 ? ?0 ? 1 ? 1 0 0? ? ?1 0 0 0 0 ? ?0 0 ?? 0 0 1 ? ?0 0

, C 2 = cos θ 2 , S 2 = sin θ 2 = β = γ = 90 ? ,

23

?? C1 S 2 ?? S S [T0,m ] = ? 2 2 ? 0 ? ? 0

S1 ? C1 0 0

C1C 2 S1 S 2 0 0

C1C 2 a 2 ? S 1C 2 a 2 ? ? a 2 S 2 + c1 + c0 ? ? 1 ?

32. 根据图示楔块杠杆式回转型夹持器,回答下列问题 (1)试简述该夹持器的工作原理。 (2)取杠杆为研究对象,进行受力分析。 (3)求夹紧力 FN 和驱动力 F p 之间的关系式 (4)讨论该夹持器的特性。 答: (1)楔块杠杆式回转型夹持器的工作原理如图所示,这种夹持器的驱动器可 以是气动或液压缸,也可以是电磁式直线驱动器。图中的驱动器采用气动,当气 缸将楔块 4 向前推进时,楔块上的斜面推动杠杆 1,使两个手爪产生夹紧动作和 夹紧力。当楔块后移时,靠弹簧 2 的拉力使手指松开。装在杠杆上端的滚子 3 与 楔块为滚动接触。 (2)受力分析如图所示

(3)推导计算;

2 F p' sin α = F p ; F p' c = FN b
FN = F p' c b = Fp c 2b sin α

(4)讨论该夹持器的特性: α 角增大,将使夹紧力 FN 减小。楔块和滚子间为滚动接触,摩擦力小,活动灵活,且结构 简单,但夹紧力小,适用于轻载场合。 24

33. 试求两自由度平面机器人运动功能矩阵[T0,m] 。

ym

θ2

y1
O1=O0

y0 θ1 x0 L1

y1

O2

平面机器人
答:

[T0,m ] = [T1 ][1T2 ][T2 ][ 2 Tm ] ?C1 ?S =? 1 ?0 ? ?0
式中: C1

? S1 C1 0 0

0 0 ? ?1 0 0? ? 0 ?? 1 0? ? 0 ?? 0 1? ?0

0 0 l1 ? ?C 2 1 0 0 ?? S2 ?? 0 1 0?? 0 ?? 0 0 1 ?? 0

? S2 C2 0 0

0 0 ? ?1 0 0? ? 0 ?? 1 0? ? 0 ?? 0 1 ? ?0

0 0 l2 ? 1 0 0? ? 0 1 0? ? 0 0 1?

= cos θ1 , C 2 = cos θ 2 , S1 = sin θ1 , S 2 = sin θ 2
? S12 C12 0 0 0 C12 l2 + C1l1 ? 0 S12 l2 + S1l1 ? ? 1 0 ? ? 0 1 ?

?C12 ?S [T0,m ] = ? 12 ? 0 ? ? 0
式中: C12

= cos(θ1 + θ 2 ) , S12 = sin(θ1 + θ 2 )

34. 根据图示滑槽杠杆式回转型夹持器,回答下列问题? (1)求夹持器夹紧力 FN 时,应取哪部分为研究对象。 25

L2

x2
x1

xm

(2)画出研究对象静力平衡图,进行受力分析。 (3)求夹紧力 FN 和驱动力 F p 之间的关系式。 (4)夹紧力 FN 随 α 角如何变化。 答: (1)取滑槽杠杆式回转型夹持器左(右)杠杆为研究对象。

(2)受力分析如图所示

α

(3)推导计算

2 F p' cos α = F p ; F p' =

Fp 2 cos α

F p' a Fp a a = F = FN b ; FN = b cos α 2b cos 2 α cos α
' p

(4)在结构尺寸 a、b 和驱动力 F p 一定时, α 增大,则夹紧力 FN 将增大。当

α = 0 时, FN 为极小值。

Xm y2 c2
35. 试求两自由度机器人运动功能矩阵[T0,m] 。

zm z2

om o2

y
c0

1

o1 o0
26

a 1 z0 x θ1
1

x0

两自由度机器人

答:

[T0,m ] =[ 0 T1 ][T1 ][1T2 ][T2 ][ 2 Tm ] 0 0 ? ?C1 ? S1 0 0? ? C β 1 ?1 0 ?? ? ?0 C ? Sα 0 0 ? α0 ? ? S1 C1 0 0? ? 0 =? ?0 S α 0 C α 0 c 0 ? ? 0 0 1 0? ?? S β 1 ?? ? ?? 0 1 ?? 0 0 0 1? ? 0 ?0 0 ?Cγ 2 ? S γ 2 0 0 ? ?S ? ? γ 2 Cγ 2 0 0 ? ? 0 0 1 c2 ? ? ? 0 0 1? ? 0 ?1 0 0 0 ? ?C1 ? S1 0 0? ? 0 0 1 ?0 0 ? 1 0 ? ? S ?? ? ? 1 C1 0 0? ? 0 1 0 =? ?0 1 0 c 0 ? ? 0 0 1 0? ?? 1 0 0 ? ?? ?? 0 0 0 1 0 0 0 1? ? 0 0 0 ? ?? ?0 ? 1 0 0 ? ?1 0 0 0 ? ? ? ?0 0 1 c 2 ? ? ? ?0 0 0 1 ? 0 S β1 1 0 0 Cβ1 0 0 a1 ? ?C 2 ? 0? ??S2 0 ?? 0 ?? 1 ?? 0 ? S2 C2 0 0 0 0? 0 0? ? 1 0? ? 0 1?

a1 ? ?C 2 ? 0? ??S2 0 ?? 0 ?? 1 ?? 0

? S2 C2 0 0

0 0 1 0

0? 0? ? 0? ? 1?

式中: α

, S1 = sin θ 1 , = β = γ = 90 ? , C1 = cos θ1 ,

? ? S 1C 2 ? ?S 2 [T0,m ] = ? ? C1C 2 ? ? 0

S1 S 2 ? C2 ? C1 S 2 0

C1 0 S1 0

C1 (c 2 + a1 ) ? ? 0 ? S1 (c 2 + a1 ) + c0 ? ? 1 ?

36. 根据齿条平行连杆式平移型夹持器,回答下列问题? (1)求夹持器夹紧力 FN 时,应取哪部分为研究对象。 (2)画出研究对象静力平衡图,进行受力分析。 (3)求夹紧力 FN 和驱动力 F p 之间的关系式。 (4)夹紧力 FN 随 α 角如何变化。

答: (1)取齿条平行连杆式平移型夹持器左(右)连杆为研究对象。 (2)受力分析如图所示:

α

27

(3)推导计算;

Fp 2

R = FN L cos α ; FN =

Fp R 2 L cos α

(4) 在驱动力 F p 和结构尺寸 R / L 一定时,夹紧力 FN 将随 α 增大而增大。当 37. 试求两自由度机器人运动功能矩阵[T0,m] 。

α = 0 时, FN 为极小值。

Xm a x2
2

zm

y2
c1

z 1 θ2 x1

c0

z0 o0 x0

两自由度机器人

答:

[T0,m ] =[ 0 T1 ][T1 ][1T2 ][T2 ][ 2 Tm ] ?1 ?0 =? ?0 ? ?0 ?C 2 ?S ? 2 ?0 ? ?0 ?1 ?0 =? ?0 ? ?0 ?C 2 ?S ? 2 ?0 ? ?0 0 0 ? ?1 0 0 ? 0 0? ? ?0 1 0 1 c 0 ? ?0 0 1 ?? 0 1 ? ?0 0 0 ? S 2 0 0? ? C β 2 ? C 2 0 0? ?? 0 0 1 0? ?? S β 2 ?? 0 0 1? ? 0 0 1 0 0 0 0 ? ?1 0 ? 0 0? ? ?0 1 1 c 0 ? ?0 0 ?? 0 1 ? ?0 0 ? S 2 0 0? ? 0 ? C 2 0 0? ?? 0 0 1 0? ? ? 1 ?? 0 0 1? ? 0 0 1 0 0 0 ? ?1 0 ? 0? ? ?0 C α 1 Z 1 ? ?0 S α 1 ?? 1 ? ?0 0 0 Sβ 2 1 0 0 Cβ 2 0 0 0? 0? ? c1 ? ? 0 1? a 2 ? ?C λ 2 ? S γ 2 0 0? ? ? 0? ? ? S γ 2 Cγ 2 0 0? 0 ?? 0 0 1 0? ?? ? 1 ?? 0 0 0 1? 0 ? Sα 1 Cα 1 0? 0? ? c1 ? ? 1? 0 0? 0 0? ? 1 0? ? 0 1?
28

0 0 ? ?1 0 0 ? 0 0? ? ?0 0 ? 1 1 Z 1 ? ?0 1 0 ?? 0 1 ? ?0 0 0 0 1 a 2 ? ?0 ? 1 ? 1 0 0? ? ?1 0 0 0 0 ? ?0 0 ?? 0 0 1 ? ?0 0

式中: α

, C 2 = cos θ 2 , S 2 = sin θ 2 = β = γ = 90 ? ,

?? S 2 ? 0 [T0,m ] = ? ? C2 ? ? 0

0 C2 ?1 0 0 S2 0 0

? ? 0 ? a 2 S 2 + c1 + c0 + Z 1 ? ? 1 ? a2C2

38. 根据图示连杆杠杆式回转型夹持器,回答下列问题 (1)求夹持器夹紧力 FN 时,应取哪部分为研究对象。 (2)画出研究对象静力平衡图,进行受力分析。 (3)求夹紧力 FN 和驱动力 F p 之间的关系式。 (4)夹紧力 FN 随 α 角如何变化。

答: (1)取连杆杠杆式回转型夹持器左(右)摆动钳爪为研究对象。

(2)受力分析如图所示:

α

(3)推导计算;

Fp tan α = 2' Fp
; Fp
'

=

Fp 2 tan α

F p' c = FN b
FN = F p' c b = Fp c 2b tan α

c 和驱动力 F p 一定时, 夹紧力 FN 与 α 角的正切成反比, 当 α 角较小时, 可获得较大的夹紧力, 当α (4) 在结构尺寸 b、
时 FN 为极大值,此时钳爪已闭合到最小极限位置。

=0

29

第六章 一、填空题

物流系统设计

1. AGV 采用光学引导,是在地面上用有色油漆或色带绘成行车__路线__。 2. 视觉导引式 AGV,即图像识别导引,其原理是通过__摄像机__或超声波扫描仪生成 AGV 周围场景的图像。 3. 按国内的统计,机床作业仅占 5%左右,__95%__左右的时间处于储存、装卸、等待或出运状态。 4. 按国内的统计,机床作业仅占 5%左右, 95%左右的__时间__处于储存、装卸、等待或出运状态。 5. 按国内的统计,机床作业仅占__5%__左右, 95%左右的时间处于储存、装卸、等待或出运状态。 第七章 一、填空题 1. 另一种极端情况是大量生产,应采用生产率高的装备,如刚性自动线上的__专用机床__。 2. 柔性自动加工系统,除了可在大量生产中用于加工基本相似,但不完全相同的工件以外,也可在零散件车间中用于__小批量 __多品种生产。 3. 组合机床总体设计主要是绘制“三图一卡” ,其内容包括:__被加工零件工序图__、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率 计算卡等。 4. 组合机床总体设计主要是绘制“三图一卡” ,其内容包括:被加工零件工序图、__加工示意图__、机床联系尺寸图和生产率 计算卡等。 5. 组合机床总体设计主要是绘制__ “三图一卡” __,其内容包括:被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产 率计算卡等。 机械加工生产线总体设计

30


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