机械设计作业集第15章答案.pdf

机械设计作业集 2014 3 24 1 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 第十五章第十五章 轴轴 一 选择题一 选择题 15 1 按所受载荷的性质分类 车床的主轴是 A 自行车的前轴是 B 连接汽车变速 箱与后桥 以传递动力的轴是 C A 转动心轴 B 固定心轴 C 传动轴 D 转轴 15 2 为了提高轴的刚度 措施 B 是无效的 A 加大阶梯轴个部分直径 B 碳钢改为合金钢 C 改变轴承之间的距离 D 改变轴上零件位置 15 3 轴上安装有过盈联接零件时 应力集中将发生在 B A 轮毂中间部位 B 沿轮毂两端部位 C 距离轮毂端部为 1 3 轮毂长度处 15 4 轴直径计算公式3 n P Cd C A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度 B 考虑了弯曲 扭转应力的合成 C 只考虑了扭转应力 D 考虑了轴的扭转刚度 15 5 轴的强度计算公式 22 TMMe 中 是 C A 弯矩化为当量转矩的转化系数 B 转矩转化成当量弯矩的转化系数 C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数 D 强度理论的要求 15 6 轴的安全系数校核计算 应按 D 计算 A 弯矩最大的一个截面 B 弯矩和扭矩都是最大的一个截面 C 应力集中最大的一个截面 D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面 15 7 轴的安全系数校核计算中 在确定许用安全系数 S 时 不必考虑 A A 轴的应力集中 B 材料质地是否均匀 C 载荷计算的精确度 D 轴的重要性 15 8 对轴上零件作轴向固定 当双向轴向力都很大时 宜采用 C A 过盈配合 B 用紧定螺钉固定的挡圈 C 轴肩 套筒 D 轴肩 弹性挡圈 15 9 对轴进行表面强化处理 可以提高轴的 C A 静强度 B 刚度 C 疲劳强度 D 耐冲击性能 15 10 如阶梯轴的过渡圆角半径为 r 轴肩高度为 h 上面安装一个齿轮 齿轮孔倒角为 C 45 则要求 A A r CC h D C r h 15 11 在下列轴上轴向定位零件中 B 定位方式不产生应力集中 A 圆螺母 B 套筒 C 轴肩 D 轴环 15 12 轴上滚动轴承的定位轴肩高度应 B A 大于轴承内圈端面高度 B 小于轴承内圈端面高度 C 与轴承内圈端面高度相等 D 愈大愈好 机械设计作业集 2014 3 24 2 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 二 填空题二 填空题 15 13 按受载分类 轴可以分为 转 轴 心 轴和 传动 轴 减速器中的轴应属于 转 轴 15 14 转轴一般制成阶梯形的原因是 便于轴上零件安装定位 和 近似等强度 15 15 当转轴受到稳定的轴向力作用时 轴的弯曲应力是 非对称循环 应力 15 16 单向转动的轴上作用有方向不变的径向载荷时 轴的弯曲应力为 对称 循环变应力 扭转 剪应力为 脉动 循环变应力 转动不平稳时 15 17 用套筒 螺母或轴端挡圈作轴向固定时 应使轴头段的长度 小于 轮毂宽度 15 18 在齿轮减速器中 低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多 其原因是 低速轴受到的转矩 大得多 15 19 一般情况下轴的工作能力决定于 轴的强度 和 轴的刚度 15 20 零件在轴上常用的轴向固定方法有 轴肩 轴环 套筒 圆螺母 轴挡档圈 挡圈等 周向固定方法有 键 花键 过盈配合等 15 21 提高轴的疲劳强度的措施有 合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴的 载荷 改进轴的结构以减小应力集中 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 15 22 提高轴的刚度的措施有 改善轴的支承情况 减小跨距 改悬臂为简支 采用支承刚度大的 轴承等 增大轴的尺寸 采用空心轴 合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴 的载荷等 三 分析与思考题三 分析与思考题 15 23 何为转轴 心轴和传动轴 自行车的前轴 中轴 后轴及踏板轴各是什么轴 答 工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴 只受弯矩而不受扭矩的轴称为心轴 只受扭矩 而不受弯矩的轴称为传动轴 自行车的前轴 后轴属于固定心轴 踏板轴属于转动心轴 自行车的中轴属于转轴 15 24 试说明下面几种轴材料的适用场合 Q235 A 45 1Cr18Ni QT600 2 40CrNi 答 Q235 A 用于不重要及受载不大的轴 如农业机械 建筑机械中的轴 45 广泛应用于各种轴 如减速器中的轴 1Cr18Ni 用于高 低温及腐蚀条件下的轴 如发动机凸轮轴 QT600 2 用于制造复杂外形的轴 如发动机曲轴 40CrNi 用于制造很重要的轴 如汽车 拖拉机变速箱中的轴 15 25 轴的强度计算方法有哪几种 各适用于何种情况 答 1 按扭转强度条件计算 该方法适用于计算传动轴或初步估计转轴直径 2 按弯扭合成强度条件计算 该方法适用于校核计算一般转轴的疲劳强度 3 按疲劳强度条件进行精确校核 该方法适用于精确校核计算重要轴的疲劳强度 4 按静强度条件进行校核 该方法适用于计算瞬时过载很大 或应力循环的不对称性较为严 重的轴的静强度 15 26 按弯扭合成强度和按疲劳强度校核时 危险截面应如何确定 确定危险截面时考虑的因素 有何区别 答 按弯扭合成强度校核轴时 危险截面指的是计算应力 综合考虑弯曲应力和扭转应力 较大 的一个或几个截面 考虑的因素主要是轴上的弯矩 扭矩和轴径 按疲劳强度校核轴时 确定危险截面时 既要考虑弯曲应力和扭转应力的大小 还要考 虑应力集中和绝对尺寸等综合因素的影响大小 确定 机械设计作业集 2014 3 24 3 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 一个或几个截面 考虑的因素除了轴上的弯矩 扭矩和轴径外 还要考虑综合影响系数的大小 15 27 为什么要进行轴的静强度校核计算 这时是否要考虑应力集中等因素的影响 答 静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力 这对那些瞬时过载很大 或应力循环 的不对称性较为严重的轴是很必要的 轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的 这 时不考虑应力集中等因素的影响 15 28 经校核发现轴的疲劳强度不符合要求时 在不增大轴径的条件下 可采取哪些措施来提高 轴的疲劳强度 答 可采取下列措施来提高轴的疲劳强度 1 换用强度高的好材料 2 减小应力集中 增大过渡圆角半径 降低表面粗糙度 开设卸载槽 3 对轴的表面进行热处理和硬化处理 4 改进轴的结构形状 5 提高加工质量等 15 29 何谓轴的临界转速 轴的弯曲振动临界转速大小与哪些因素有关 15 30 什么叫刚性轴 什么叫挠性轴 设计高速运转的轴时 应如何考虑轴的工作转速范围 机械设计作业集 2014 3 24 4 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 四 设计计算题四 设计计算题 15 31 已知一传动轴的材料为 40Cr 钢调质 传递功率 P 12kW 转速 n 80r min 试 1 按扭转强度计算轴的直径 2 按扭转刚度计算轴的直径 设轴的允许扭转角 0 5 m 解 1 由表 15 3 知 A0 97 112 mm n P Ad 5 59 5 51 80 12 112 97 33 0 2 4 0 n P Bd 32 101 8 1073 51073 5 44 44 d T GI T P 3 108 6881341 0 100 406 671055 9 1 8 3273 5 4 0 4 0 4 4 6 B mm n P B n P d 其中 15 32 直径 d 75mm 的实心轴与外径 d0 85mm 的空心轴的扭转强度相等 设两轴材料相同 试 求该空心轴的内径 d1和减轻重量的百分比 解 实心轴 T W T 空心轴 T W T TT 载荷相同 材料相同 扭转强度相同时有 WT WT mm d d dd d d d d dd 58 63 85 75 185 1 1 1 1616 4 3 4 3 0 01 0 1 4 3 0 3 43 0 3 减轻重量的百分比为 42 43 4 44 2 2 1 2 0 2 2 2 1 2 0 2 d ddd d ddd 机械设计作业集 2014 3 24 5 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 15 33 图示 a b 为起重滑轮轴的两种结构方案 已知轴的材料为Q235钢 取需用应力 0 75MPa 1 45MPa 轴的直径均为d 40mm 若起重量相同 Q 20KN 支承跨距相同 尺寸 如图 试分别校核其强度是否满足要求 题 15 33 图 解 335 19 628332 105 2252 mmdWNmmQM 转动心轴 MPa W M b 45 79 39 19 6283 105 2 1 5 固定心轴 MPa W M b 75 79 39 19 6283 105 2 0 5 Q 2 Q 2 Q 2 Q 2 100 25 25 M 固定心轴固定心轴 Q 2 Q 2 Q 2 Q 2 100 25 25 M 转动心轴转动心轴 机械设计作业集 2014 3 24 6 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 15 34 图示为一台二级锥 柱齿轮减速器简图 输入轴由左端看为逆时针转动 已知 Ft1 5000N Fr1 1690N Fa1 676N dm1 120mm dm2 300mm Ft3 10000N Fr3 3751N Fa3 2493N d3 150mm l1 l3 60mm l2 120mm l4 l5 l6 100mm 试画出输入轴的计算简图 计算轴的支反力 画出轴 的弯扭图合扭矩图 并将计算结果标在图中 解 题 15 34 图 NFFF NFFF NFFF NFlFlF NFFF NFlF d FlF rBVrBHrB rAVrAHrA rAVtrBV rAVtrAV rrAHrBH rr m arAH 781575002197 25502500507 7500 2500 120 605000 2197 507 120 2 120676601690 2 22 22 22 22 1 312 1 131 1 22 dm1 2 60840Nmm 40560Nmm 300000Nmm 306107Nmm 300000Nmm FrA FrB n1 Fr1 Fa1 Ft1 FrBH Ft1 FrAH FrAV FrBV n1 40560Nmm Fa2 Fa1 Fa3 Fa4 机械设计作业集 2014 3 24 7 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 Nmm d FT m t 300000 2 1 1 15 35 根据题 15 34 的已知条件 试画出中间轴的计算简图 计算轴的支反力 画出轴的弯扭 图和扭矩图 并将计算结果标在图中 题 15 35 图 解 NFFNFFNFF rattar 676 50000 1690 212121 NFFFF NF d FlFllF d FlllF rrCHDH CH arr m aCH 37446763751669 669 300 10037517524932006761501690 0 2 2 23 3 363652 2 2654 NFFFF N lll FllF F CVttDV tt CV 83336667100005000 6667 300 100100002005000 32 654 3652 NFFF NFFF DHDVrD CHCVrC 913537448333 67006696667 22 22 22 22 Nmm d FT m t 7500000 2 2 2 Fr3 Ft2 Fr2 Fa2 FrC FrD Ft3 Fa3 Fa3 Fa2 Ft2 Fr2 Fr3 Ft3 FCH FDH FCV FDV dm2 2 d3 2 66900Nmm 374400Nmm 666700Nmm 833300Nmm 913545Nmm 670048Nmm 750000Nmm n2 机械设计作业集 2014 3 24 8 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 15 36 两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴的尺寸和结构如图所示 轴的材料为 45 钢 调 质处理 轴单向运转 齿轮与轴均采用 H7 k6 配合 并采用圆头普通平键联接 轴肩处的圆角半 径为 r 1 5mm 若已知轴所受扭矩 T 292N m 轴的弯矩图如图所示 试按弯扭合成理论验算轴 上截面 和 的强度 并精确校核轴的疲劳强度 题 15 36 图 机械设计作业集 2014 3 24 9 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 五 结构设计与分析题五 结构设计与分析题 15 37 试指出图示小锥齿轮轴系中的错误结构 并画出正确的结构图 题 15 37 图