机械设计作业集解答
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?C3P， C 。 nB 考虑了弯曲、扭转应力的合成 D 考虑了轴的扭转刚度 A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度 C 只考虑了扭转应力 15—5 轴的强度计算公式Me?M2?(?T)2中，α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 - 11 - 机械设计作业集解答 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 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，班 级成 绩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姓 名任课教师小，确定 学 号批改日期 - 12 - 机械设计作业集解答 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？ 班 级成 绩 姓 名任课教师 学 号批改日期 - 13 - 机械设计作业集解答 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[φ]≤0.5（°）/m)。 解：（1）由表15-3知：A0=97~112 P123?d?A0??(97~112)??(51.5~59.5)mm n803（2）?d?B0?4P nT?5.73?104?GIPT8.1?104??[?] d4???5.73?104??32?d?45.73?32PP?9.55?106?4?B04?67.406mm8.1?[?]nn0.6881341?108.3[?] 其中：B0?100?4 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?T?[?]? ?[?]，空心轴：????WTWT ?材料相同?[?]?[?]?，?载荷相同?T?T? 扭转强度相同时有：WT=WT′ d3d1?d?d(1??),??41?3?1616d0d0?3?304 ?d1?d041?(d375)?85?41?()3?63.58mmd085?减轻重量的百分比为：??4d2???4(d02?d12)d2d2?(d02?d12)??43.42% d24 班 级姓 名学 号- 14 - 成 绩任课教师批改日期 机械设计作业集解答 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[σ0]=75MPa，[σ-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 Q/2 Q/2 Q/2 Q/2 Q/2 25 100 25 Q/2 Q/2 25 100 25 Q/2 M 转动心轴 53固定心轴 3解：M?Q/2?25?2.5?10Nmm,W??d/32?6283.19mm M2.5?105??39.79?[??1]?45MPa 转动心轴：?b?W6283.19固定心轴：M2.5?105?b???39.79?[?0]?75MPa班 级W6283.19姓 名 成 绩任课教师批改日期学 号- 15 - M