机械设计作业集第15章答案

1、第十五章轴一、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d C3 P ， C 。nA 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2215 5 轴

2、的强度计算公式M e M 2 ( T)2 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

3、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<C<hB r=C=hC r>C>hD C<r<h15 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 愈大愈好二、填空题15 13 按受载分

4、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

5、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、

6、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

7、？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，

8、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。16 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

9、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？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 （°）/m） 。解： （ 1 ）由表 15-3 知：A0=97112其中：2）A0(971

10、12)1280(51.5 59.5)mmdB0 4 Pn5.73 104T 5.73GI P5.73 3248.1 9.55 106B01001044P8.1 104B04 Pn0.6881341108.3 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，空心轴的内径d1和减轻重量的百分比。解：实心轴：WT ，空心轴：减轻重量的百分比为：材料相同 ， 载荷相同d43267.406mmT WTTTd 2 (d02440d24d12)d 2 (d02 d12 )d2设两轴材料相同，试求该43.42%Q235 钢，取需用应力15 33 图示（ a） 、 （ b）为起

11、重滑轮轴的两种结构方案。已知轴的材料为 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。解： M转动心轴：Q/225Q/22552.5 10 5 Nmm,W52.5 1056283.1939.79Q/210033 d3/32 6283.19mm31 45MPa25Q/22.5 1056283.1939.790 75MPa15 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,md

12、2=300mm， Ft3=10000N， Fr3=3751N， Fa3=2493N， d3=150mm， l 1=l 3=60mm， l 2=120mm， l 4=l 5=l 6=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：Fr1FrAHl 2Fa2dm12Fr1 l3,1690 60 676 120/2120507NFrBHFrAVn1FrBVFrAFrBFrAH Fr1 2197 NFa35000 60l2Ft1 l3, FrAVFr21500Nr 120FrBH 2 FrBV2219F7rB 2 7F5t100 27815 NFr

13、AHdm1/2FrBHdTFt1 dm1 300000Nmmt1 215 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。Fr3Ft3F题a3 15 35 图66900NmmFr2n2 解：FrC1 Fa2Fa292Ft,2Ft1Ft2, Fa1676N(l4 l5 l6) Fa2dm2Fr2 (l5 l6) Fr3301690 150 676 200FchFr32493Fa375 3751d3/2dm2/2l4 l5Ft2FCV Ft3l6FrC833300666700Nmm 669N 670048Nd3100300

14、669 3751 676 3744NFdh13545Nmm5000 200 10000 100300FCV 5000 10000FDV6667 8333N6667N 750000Nmm2FCHFt266F6t372266926700N2222FrDFDV2FDH283332 3744 29135 NdT Ft 2 dm27500000Nmmt2 215 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= 。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