齐齐哈尔大学机械设计答案28ans.doc

齐齐哈尔大学考试中心制作机械设计试卷试卷号：28学校：齐齐哈尔大学院系： 专业：年级：班级： 一. 是非题：正确的在（）中写“”，错误的在（）中写“”（本大题共 20 小题，每小题-4分，总计 -80 分 ）1、T2、F3、F4、F5、F6、F7、F8、T9、F10、F11、T12、F13、T14、T15、T16、T17、F18、T19、T20、T二. 选择题：把正确的选项代号填入（）中（本大题共 32 小题，每小题-3分，总计 -96 分 ）1、C，B，A2、B3、C4、C5、B6、D7、B8、A9、B10、C11、D12、D13、B14、A15、C16、C17、A18、D19、B20、A21、A22、A23、C24、B，A，B25、A26、B，A.，C27、B28、C29、B30、C31、C32、C三. 填空题：把答案写在题中的空格里（本大题共 29 小题，每小题-3分，总计 -87 分 ）1、心(轴)，传动(轴)，转(轴)2、轴所受转矩产生的每米长度的扭角不大于许用值。3、由转矩所产生的切应力不大于轴的许用切（扭剪）应力。4、（1）轴上零件的固定（2）制造工艺性（热处理加工等）（3）装配工艺性（装拆、调整等）（4）运转维护（润滑、密封），探伤检验等（5）提高强度、刚度性能。5、强度，刚度，振动稳定性6、汽轮机，电动机，鼓风机转子，砂轮机转子7、对称循环变应力,脉动循环变应力8、45钢，正火或调质，合金铸铁或球墨铸铁9、挠度，转角和扭角三种。10、1）许用切（扭剪）应力计算2）许用弯曲应力计算3）安全系数校核计算11、（1）轴的材料及许用切（扭剪）应力（2）弯矩大小12、（1）采用较大的过渡圆角或内圆角（2）过盈配合在轴或轮毂上开减荷槽（3）改善轴的表面品质（4）减小轴上相邻各部直径的变化13、（1）合理布置轴上零件的位置以减小转矩。（2）改进轴上零件的结构以减小弯矩（3）改进轴的结构以减小应力集中（4）改善表面品质以提高轴的疲劳强度（任选三种）14、轴肩，锁紧挡圈，弹性挡圈，套筒，圆螺母，圆锥形轴头，轴端挡圈15、键联接，成形联接，过盈配合，销联接，胀紧联接16、传动轴，转轴，转动心轴，转动心轴17、弯曲和扭应力的变化情况（a），轴的材料，18、转矩（或功率，转速）和轴的材料，初步估算轴直径19、s-1材料的对称循环应力疲劳强度sa应力幅sm平均应力20、渗碳淬火，要求减轻重量和提高轴颈的耐磨性21、低于第一阶临界转速的轴，超过第一阶临界转速的轴22、纵向振动，扭转振动，横向振动纵向振动23、电动机转子轴，齿轮轴，凸轮轴24、计算精确度低，材料不均匀，破坏后引起重大事故25、弯曲有效应力集中系数，表面状态系数弯曲应力尺寸系数，材料对称循环载荷敏感系数应力幅，平均应力26、a为应力校正系数。27、心（轴），传动（轴），转（轴）28、St切应力安全系数t-1材料的对称循环剪切疲劳强度yt材料对剪切循环载荷的敏感性系数29、四. 分析题：简要回答以下问题（本大题共 30 小题，总计 88 分 ）1、本小题1分1式用于按扭转刚度计算轴直径。2式用于按许用扭应力计算轴直径。3式用于按许用弯曲应力计算轴直径。式中符号：d轴直径，P功率，n轴转速，A、C按许用扭角、许用扭应力决定的系数。对称循环弯曲许用应力，M当量弯矩，M弯矩，T扭矩，a根据扭矩性质而定的应力校正系数。2、本小题-2分因弯矩产生的弯曲应力，通常是对称循环的变应力，而扭矩所产生的切应力则视情况而不同，a是考虑扭矩和弯矩的作用性质差异而引入的校正系数。当扭转切应力与弯曲应力变化规律相同（同为对称循环变应力或同为脉动循环变应力或同为静应力）时，取a1。3、本小题-2分若不考虑摩擦，两轴所传功率相同，则，即时与d1等强。今，故低速轴强度高。4、本小题-3分渗碳，渗化，氰化，表面高频淬火，滚压加工及喷丸等。5、本小题-5分6、本小题3分阶梯轴的轴上零件安装定位方便，当轴的各部分所受弯矩、扭矩不同时，阶梯轴可以按强度要求确定各部分直径,因而阶梯轴可以节省材料、减轻重量。一般情况下以用阶梯轴为宜。只有一些特殊情况才用光轴，扭轴受力（力矩、扭矩）均匀一致，可以把配合不同的零件（基轴制）装在轴上以达到不同的要求（如活塞销）,这种轴加工方便，但用得较少。7、本小题0分钢丝软轴由几层钢丝，分层卷绕而成。外面常加一层护套。它具有良好的挠性，可用于联接位于任意位置的两轴，还可以绕过中间的阻碍零件或通过狭窄而弯曲的通道，在这些情况下使用特别方便。（濮良贵主编机械设计适用）8、本小题3分b）最粗，c）最细9、本小题3分公式适用于轴已经结构化以后，对危险截面进行精确校核之用。各项符号意义如下：Ss弯矩作用下的安全系数；St扭矩作用下的安全系数；S弯扭作用下综合安全系数；sm,sa弯曲应力的平均应力和应力幅；t,ta扭应力的平均应力和应力幅；Ks、Kt弯矩和扭矩作用引起的有效应力集中系数；b表面状态系数；es、et影响弯曲强度和扭剪强度的绝对尺寸系数；ys、yt材料对循环载荷的敏感性系数。10、本小题10分轴上零件在工作时要求与轴一起旋转并可能受到轴向、径向、周向力的作用。将零件与轴固定是为了起定位和传力（或力矩）的作用。应考虑的要求：1）保证能实现轴与轴上零件的相对运动关系；2）保证轴上零件的空间位置；3）是否要求调整轴上零件轴上的位置；4）受力（力矩）大小和方向；5）对中要求；6）加工装配要求；7）能满足轴的强度、刚度要求。按原理可以分为轴向固定和周向固定两种，例如，周向固定：用键联接；轴向固定：用轴肩弹簧性圈。11、本小题3分选择轴的材料要有足够的强度，刚度，耐磨性，对应力集中不敏感等，以满足使用要求。还应考虑工艺性好，价廉等。常用材料：45钢：常用热处理调质，正火，用于一般场合。（中等速度、载荷，如齿轮减速器轴）。40Cr：表面淬火，调质，用于要求承载量较大，或耐磨性较好的场合，如机床的轴。球墨铸铁：用于形状复杂的轴，如曲轴。12、本小题5分因为轴上的应力集中会促使轴表面裂纹的生成和发展，造成塑性变形或断裂，所以设计轴时要特别注意减小或避免应力集中。（1）对过盈配合，可在轴上或毂上开减载槽。（2）增大轴肩的过渡圆角可减小应力集中（或改用内圆角，凹切圆角，如下图）（3）平键键槽圆角增大，且径向变化较缓可减小应力集中，如下图（用盘铣刀加工）。13、本小题3分虽然空心轴与实心轴相比在强度、刚度相同的情况下，重量减少许多，但因为空心轴加工比较困难，费时费工，所以在机械中考虑到经济技术指标，还是使用实心轴较多。采用空心轴例子：（1）航空发动机主轴为空心轴。目的：减轻重量。（2）车床主轴是空心轴，是结构上的需要。前部内锥面可用来安装顶尖，细长孔可装入长棒料。14、本小题1分改用合金钢不一定能解决问题。因为合金钢的疲劳强度虽高，但对应力集中更敏感，实际的综合应力集中系数也将增大，因而可能更容易疲劳破坏。应首先采取措施减小应力集中，当然改用合金钢也是可以考虑的方案。15、本小题3分1.扭转强度失效。扭矩产生的切应力许用切应力2.变形超出许用值。轴的挠度、转角、扭角不应超过许用值3.振动失效。轴转速0.7临界转速16、本小题3分设轴受转矩T（N.mm)则轴上切应力转矩，式中单位：P为kW；n为r/min。其中在设计传动轴时，直接用此公式设计即可。若设计转轴，可用此公式做初步估算（不知道轴上零件的受力情况及位置时）式中：P、n已知，C可根据轴的材料及弯矩大小查表。17、本小题5分设轴所传递功率P（kW)，转速n（r/min）则轴上转矩此时轴上扭角（弧度）其中：l轴上受扭矩的长度（mm）；J轴上剖面的极惯性矩（mm4），若轴为实心轴G轴的切变模量，钢为G=8.1104MPa。设轴每米长度上的扭角为j（许用值），则则在设计中常用该式估算轴径。A可根据许用每米上扭角j查表得出，P、n已知。18、本小题1分a）旋转心轴。轴只受弯矩，受对称循环弯曲应力，轴尺寸（直径）比b的大。b）固定心轴。轴只受弯矩，弯曲应力为静应力，轴直径较小，轴承检修较难。19、本小题3分a）齿轮与卷筒都固定在轴上，与轴用键联接起来。它是转轴，轴受弯矩和转矩，b）齿轮与卷筒用螺栓直接联接，转矩由螺栓传递，轴只受弯矩不受转矩，是转动心轴。以上两个方案相比，方案b比较合理。20、本小题3分（1）热轧圆钢毛坯加工方便，但阶梯轴的各段直径不宜相差过大。宜用于各段直径比较接近的直轴。（2）锻件经锻造后力学性能得以改善。宜用于形状比较复杂的轴，如齿轮轴，形状较简单的曲轴等。（3）铸钢件，可以作成复杂形状，如形状较复杂的曲轴等。21、本小题0分因为轴的尺寸愈大时，材料晶粒较粗，出现缺陷的概率也较大，机加工后表面冷作硬化层（对疲劳强度有利）相对较薄，所以尺寸愈大强度愈低。22、本小题0分安全系数校核公式中以下量均与材料强度有关：s-1、ys、Ks、b必须知道材料的抗拉强度极限sB和屈服极限sS，材料为碳钢还是合金钢。由公式算出的有：kN，sa，sm23、本小题5分1.根据轴的功率P、转速n、传动比i求大齿轮轴的转矩T，选轴材料。2.按公式初步估算轴的直径，按此定出轴最小直径dmin3.由结构布置与dmin初步确定轴各段尺寸（直径、长度）以及轴承和轴上零件位置。4、根据T及传动件尺寸计算传动件上受力的大小及方向。5.画轴的弯矩图、扭矩图，求出当量弯矩图。6.按许用应力法求出轴的尺寸。7.确定轴各部分具体结构。8.对轴进行安全系数精确校核。在设计计算过程中，对前一步骤设计的轴结构作必要修改。24、本小题3分应考虑：1.轴上零件最小壁厚。它决定于轴上零件的外部形状的最小尺寸，如齿轮的根圆直径、带轮的最小根径等，以及零件孔的最大尺寸，包括键槽的最大尺寸，这两个尺寸决定了轴上零件的最小壁厚。此值如过小（如小于齿轮模数的2倍），轴上零件与轴必须作成一体。2.加工装配方便。轴上零件与轴作成一体，零件数减少，加工面也减少，但零件直径的大小差别增加，毛坯要锻造，应全面考虑。3.零件在轴上是否作轴向移动。4.轴与轴上零件是否可用同一种材料。25、本小题10分（1）一边用轴肩定位，另一边用套筒定位，或用圆螺母压紧。（2）两边各用一个锁紧挡圈（双锁紧挡圈结构）用紧定螺钉固定在轴上。（3）两边各用一个弹性档圈。26、本小题10分1.用轴肩圆螺母。2.过盈配合。3.圆锥形轴头轴端挡圈。27、本小题7分轴的强度计算有三种方法：（1）许用切应力计算；（2）许用弯曲应力计算；（3）安全系数校核计算三种方法。计算精度由粗至精。在只知道轴所传递的转矩T，而其他均未知时，对于转轴。I 要选用（1）方法先作初步估算，根据估算直径dmin初定轴上零件和轴承的布置，定位和固定，初步设计轴的结构和尺寸。II 根据轴上零件受力及位置作出轴的弯矩图、转矩图及当量弯矩图，用（2）方法进一步计算轴的强度，并按计算结果修正轴径，得到轴的较合理结构，包括键槽，圆角，配合关系，粗糙度等。III根据II得到的轴结构及受力情况，考虑圆角、键槽等应力集中影响，材料强度，配合情况，轴的粗糙度等，用安全系数法进行精确校核计算，最终确定轴结构。所以，轴的结构设计和强度计算必须交叉进行。但注意，III步对于一般要求的轴可以不做，只对重要的转轴才做，也可以不经II，直接进行精确校核。28、本小题10分用此式时，常数常数当工作点C位于疲劳安全区时，根据A、B求得AE直线方程式。令，则简化上式得由图得代入上式再令得安全系数在此，由此得证。29、本小题10分轴的尺寸突然变化，使力流有突然变化，因而引起应力集中。如果减小轴尺寸变化的突然性，或刚度变化的突然性，或轴上零件对轴压力的突然变化，都可减小应力集中。30、本小题-5分图a）方案中，齿轮通过转轴驱动卷筒，轴受弯矩和扭矩，弯曲应力按对称循环变化，键槽处有应力集中，而图b）方案中齿轮和卷筒用双头螺柱联接，轴为不转动心轴，只受弯矩，不受扭矩，且弯曲应力为静应力，也没有因键槽引起的应力集中，支点距离较a）短，轴的疲劳强度高，因此b）方案合理五. 结构题：（本大题共 16 小题，总计 81 分 ）1、本小题0分hCr2、本小题2分平键：结构简单，加工方便，最常用，一般不影响轴上零件定心。过盈配合：结构简单，对中性好，不宜用于振动或冲击,不宜多次装拆花键：对中性好，传力大，可用于动联接，但加工困难。销钉：加工方便，传力不大，对轴削弱较严重。平键、销钉图。（花键、过盈配合图略）3、本小题10分平键联接：优点：结构简单，装拆方便，加工容易缺点：受力不对称，有应力集中，对轴削弱大成形联接：优点：传动均匀，应力集中小，对中好缺点：加工困难胀紧联接：优点：传力大，装拆方便，对中好缺点：加工费事销钉联接：优点：结构简单，加工方便，容易更换。缺点：传力小，对轴削弱大4、本小题6分以下之图任画三个即可a）轴肩锁紧挡圈可受单向较大推力，但轴径加大b）轴肩弹性挡圈单向可受较大的推力，轴削弱较多c）双锁紧挡圈可在轴上任意调整轴上零件位置，不能受大的轴向力d）轴肩套筒可受两方向大的轴向力，套筒还要其他零件固定，轴直径较大e）轴肩圆螺母可受两方向大的轴向力，但结构比较复杂，轴较长f）轴肩螺钉固定轴端挡圈可受单方向较大的轴向力，轴较短g）套筒螺钉固定轴端挡圈单向受轴向力较大，轴尺寸较小h）锥形轴端轴端挡圈点对中好，拆装方便，但轴上零件轴向位置不准确。5、本小题10分轴肩弹性挡圈双锁紧挡圈轴肩圆螺母圆锥形轴头轴端挡圈6、本小题1分不合理之处有：1.齿轮不应悬臂安装；2.齿轮应与卷筒用螺栓直接联接，使轴不受扭矩；3.卷筒与轴接触面过长；4.卷筒内孔封闭,铸件无法取砂芯。（4可不要求）7、本小题13分不合理之处有：1.齿轮不应悬臂安装；2.齿轮应与卷筒用螺栓直接联接，使轴不受扭矩；3.卷筒与轴接触面过长；4.卷筒内孔封闭,铸件无法取砂芯。（4可不要求）8、本小题3分弹性挡圈零件图优点：结构简单，拆装方便，常用于轴端轴向固定（也可用于中间）缺点：不能承受大的轴向力，轴上要开槽。9、本小题5分此种结构的优点：1.可承受较大的轴向力；2.螺母有止动装置，联接可靠；3.可略加调整零件的轴向位置。缺点：结构较复杂。10、本小题-2分1.右上角的三个齿位置画错（应转过15）2.内圈正下方应有一个凸起的齿。11、本小题5分1）开减荷槽（在毂上）2）开减荷槽（在轴上）3）把轮毂设计成有一定斜度（逐渐加厚）4）轴局部加粗12、本小题3分1）用凹切圆角2）用肩环3）用卸载槽减小应力集中13、本小题5分（1）右端用轴端挡圈（2）用弹性挡圈（3）右端用圆螺母14、本小题0分图中错误;1.机座为整体式，轴两端细中间粗,无法安装。2.紧定螺钉无法扭紧。3.齿轮与机座之间（端面）有摩擦。15、本小题10分图中错误;1.机座为整体式，轴两端细中间粗,无法安装。2.紧定螺钉无法扭紧。3、齿轮与机座之间（端面）有摩擦。16、本小题10分因为齿轮m=2mm，z=25，所以d=mz=225=50(mm)，又齿轮不受力，轴又不转，所以轴上既不传扭矩，也不受弯矩，应尽可能取小尺寸。两边用轴用弹性挡圈轴向固定。轴在箱体上周向固定不用键槽，在轴端加螺母也可。六. 计算题：计算下列各题（本大题共 7 小题，总计 6 分 ）1、本小题-1分用扭转强度估算轴直径的公式为：，两轴材料相同，A0取同样的值。2、本小题-3分(1)(2)由公式则，所以，强度满足要求。3、本小题2分(1) 此轴为转动心轴，弯矩图如图示，扭矩为0。(2)取d=100mm。4、本小题2分扭角轮2、3相对轮1之扭角、，轮2、3之相对扭角5、本小题2分扭角，j左右与x为线性关系，所以相对扭角j左右0是最小值。令j左右则即x为0.59l时，左右两轮相对扭角最小，j左右=0。6、本小题2分扭角， 0为最小，则：即右边段轴径d1为0.84d时，相对扭角最小，且0 。7、本小题2分设AC段扭矩TA，BC段扭矩TBC面扭角(1)又(2)式(1)、(2)联立可得：， C面扭角七. 大型题：计算下列各题（本大题共 24 小题，总计 188 分 ）1、本小题4分2、本小题4分1.轴受力图弯矩图轴不受扭矩。2.轴强度校核，轴的强度足够，安全。3.轴不受扭，键不受力，所以键安全。3、本小题4分（1）轴为转动心轴，不受扭矩，其弯矩图如图示。（2）危险截面在图中23段之间。（3）因有键槽，故d加大3%5%，取d=40mm。4、本小题9分1.求力2.弯矩图3.扭矩图设扭矩为脉动取d=33 mm 。5、本小题4分（1）轴受外力最大弯矩在C点。此处当量弯矩C处轴径取 。6、本小题9分1）2）极限应力图3）7、本小题9分1）2）极限应力图的应用3）8、本小题6分轴上齿轮2受力：轴上不受扭矩，只受弯矩。轴受力轴受力可画为：轴2弯矩图：轴2扭矩T0危险断面直径即危险断面的直径最小为36.9mm 。9、本小题6分齿轮2受力及轴上受力图：，轴上扭矩T0轴危险截面直径10、本小题6分齿轮2受力：Ft12=Ft23=Ft轴2不受扭矩，只受弯矩。轴2受力图：Fr12=Fr23=Fr， Fa12=Fa23=FaFr力互相平衡，Fa力矩互相平衡都不产生弯矩，只有2Ft产生弯矩，在A点之弯矩为A处轴直径11、本小题4分齿轮2（主动轮）受力：齿轮2对其轴只有扭矩作用，轴向力Fa和径向力Fr不产生弯矩。扭矩按强度要求，当量弯矩MaT输入轴右轴承处直径12、本小题9分， ，(1)又(2)，取d=16mm。代入（1）式得：。即此轴的直径d=16mm，长度l=1.08m。13、本小题9分轴承处弯矩轴承处扭矩当量弯矩，安全。大齿轮处弯矩，小于轴承处弯矩。计算如下：左轴承水平反力左轴承垂直反力左轴承受力大齿轮处弯矩比轴承处弯矩小。14、本小题6分A断面受弯矩扭矩15、本小题6分F1、F2所在平面轴的挠度：（1）在力F1作用下：y1=0（2）在F2作用下：，（3）在F3作用下：所以即轴中点的挠度为0.139mm 。16、本小题12分轴上齿轮受力轴受力：xy面上受2Ft产生的弯矩弯矩：yz平面内受Fa产生弯矩轴上扭矩为0。轴危险截面为中间截面危险截面即轴危险截面直径应大于或等于32.02mm 。17、本小题12分