機械設計作業集 2014 3 24 1 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 第十五章第十五章 軸軸 一 選擇題一 選擇題 15 1 按所受載荷的性質分類 車床的主軸是 A 自行車的前軸是 B 連接汽車變速 箱與后橋 以傳遞動力的軸是 C A 轉動心軸 B 固定心軸 C 傳動軸 D 轉軸 15 2 為了提高軸的剛度 措施 B 是無效的 A 加大階梯軸個部分直徑 B 碳鋼改為合金鋼 C 改變軸承之間的距離 D 改變軸上零件位置 15 3 軸上安裝有過盈聯接零件時 應力集中將發生在 B A 輪轂中間部位 B 沿輪轂兩端部位 C 距離輪轂端部為 1 3 輪轂長度處 15 4 軸直徑計算公式3 n P Cd C A 只考慮了軸的彎曲疲勞強度 B 考慮了彎曲 扭轉應力的合成 C 只考慮了扭轉應力 D 考慮了軸的扭轉剛度 15 5 軸的強度計算公式 22 TMMe 中 是 C A 彎矩化為當量轉矩的轉化系數 B 轉矩轉化成當量彎矩的轉化系數 C 考慮彎曲應力和扭轉切應力的循環性質不同的校正系數 D 強度理論的要求 15 6 軸的安全系數校核計算 應按 D 計算 A 彎矩最大的一個截面 B 彎矩和扭矩都是最大的一個截面 C 應力集中最大的一個截面 D 設計者認為可能不安全的一個或幾個截面 15 7 軸的安全系數校核計算中 在確定許用安全系數 S 時 不必考慮 A A 軸的應力集中 B 材料質地是否均勻 C 載荷計算的精確度 D 軸的重要性 15 8 對軸上零件作軸向固定 當雙向軸向力都很大時 宜采用 C A 過盈配合 B 用緊定螺釘固定的擋圈 C 軸肩 套筒 D 軸肩 彈性擋圈 15 9 對軸進行表面強化處理 可以提高軸的 C A 靜強度 B 剛度 C 疲勞強度 D 耐沖擊性能 15 10 如階梯軸的過渡圓角半徑為 r 軸肩高度為 h 上面安裝一個齒輪 齒輪孔倒角為 C 45 則要求 A A r CC h D C r h 15 11 在下列軸上軸向定位零件中 B 定位方式不產生應力集中 A 圓螺母 B 套筒 C 軸肩 D 軸環 15 12 軸上滾動軸承的定位軸肩高度應 B A 大于軸承內圈端面高度 B 小于軸承內圈端面高度 C 與軸承內圈端面高度相等 D 愈大愈好 機械設計作業集 2014 3 24 2 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 二 填空題二 填空題 15 13 按受載分類 軸可以分為 轉 軸 心 軸和 傳動 軸 減速器中的軸應屬于 轉 軸 15 14 轉軸一般制成階梯形的原因是 便于軸上零件安裝定位 和 近似等強度 15 15 當轉軸受到穩定的軸向力作用時 軸的彎曲應力是 非對稱循環 應力 15 16 單向轉動的軸上作用有方向不變的徑向載荷時 軸的彎曲應力為 對稱 循環變應力 扭轉 剪應力為 脈動 循環變應力 轉動不平穩時 15 17 用套筒 螺母或軸端擋圈作軸向固定時 應使軸頭段的長度 小于 輪轂寬度 15 18 在齒輪減速器中 低速軸的直徑要比高速軸的直徑粗得多 其原因是 低速軸受到的轉矩 大得多 15 19 一般情況下軸的工作能力決定于 軸的強度 和 軸的剛度 15 20 零件在軸上常用的軸向固定方法有 軸肩 軸環 套筒 圓螺母 軸擋檔圈 擋圈等 周向固定方法有 鍵 花鍵 過盈配合等 15 21 提高軸的疲勞強度的措施有 合理布置軸上零件的位置和改進軸上零件的結構以減小軸的 載荷 改進軸的結構以減小應力集中 改進軸的表面質量以提高軸的疲勞強度 15 22 提高軸的剛度的措施有 改善軸的支承情況 減小跨距 改懸臂為簡支 采用支承剛度大的 軸承等 增大軸的尺寸 采用空心軸 合理布置軸上零件的位置和改進軸上零件的結構以減小軸 的載荷等 三 分析與思考題三 分析與思考題 15 23 何為轉軸 心軸和傳動軸 自行車的前軸 中軸 后軸及踏板軸各是什么軸 答 工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉軸 只受彎矩而不受扭矩的軸稱為心軸 只受扭矩 而不受彎矩的軸稱為傳動軸 自行車的前軸 后軸屬于固定心軸 踏板軸屬于轉動心軸 自行車的中軸屬于轉軸 15 24 試說明下面幾種軸材料的適用場合 Q235 A 45 1Cr18Ni QT600 2 40CrNi 答 Q235 A 用于不重要及受載不大的軸 如農業機械 建筑機械中的軸 45 廣泛應用于各種軸 如減速器中的軸 1Cr18Ni 用于高 低溫及腐蝕條件下的軸 如發動機凸輪軸 QT600 2 用于制造復雜外形的軸 如發動機曲軸 40CrNi 用于制造很重要的軸 如汽車 拖拉機變速箱中的軸 15 25 軸的強度計算方法有哪幾種 各適用于何種情況 答 1 按扭轉強度條件計算 該方法適用于計算傳動軸或初步估計轉軸直徑 2 按彎扭合成強度條件計算 該方法適用于校核計算一般轉軸的疲勞強度 3 按疲勞強度條件進行精確校核 該方法適用于精確校核計算重要軸的疲勞強度 4 按靜強度條件進行校核 該方法適用于計算瞬時過載很大 或應力循環的不對稱性較為嚴 重的軸的靜強度 15 26 按彎扭合成強度和按疲勞強度校核時 危險截面應如何確定 確定危險截面時考慮的因素 有何區別 答 按彎扭合成強度校核軸時 危險截面指的是計算應力 綜合考慮彎曲應力和扭轉應力 較大 的一個或幾個截面 考慮的因素主要是軸上的彎矩 扭矩和軸徑 按疲勞強度校核軸時 確定危險截面時 既要考慮彎曲應力和扭轉應力的大小 還要考 慮應力集中和絕對尺寸等綜合因素的影響大小 確定 機械設計作業集 2014 3 24 3 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 一個或幾個截面 考慮的因素除了軸上的彎矩 扭矩和軸徑外 還要考慮綜合影響系數的大小 15 27 為什么要進行軸的靜強度校核計算 這時是否要考慮應力集中等因素的影響 答 靜強度校核的目的在于評定軸對塑性變形的抵抗能力 這對那些瞬時過載很大 或應力循環 的不對稱性較為嚴重的軸是很必要的 軸的靜強度是根據軸上作用的最大瞬時載荷來校核的 這 時不考慮應力集中等因素的影響 15 28 經校核發現軸的疲勞強度不符合要求時 在不增大軸徑的條件下 可采取哪些措施來提高 軸的疲勞強度 答 可采取下列措施來提高軸的疲勞強度 1 換用強度高的好材料 2 減小應力集中 增大過渡圓角半徑 降低表面粗糙度 開設卸載槽 3 對軸的表面進行熱處理和硬化處理 4 改進軸的結構形狀 5 提高加工質量等 15 29 何謂軸的臨界轉速 軸的彎曲振動臨界轉速大小與哪些因素有關 15 30 什么叫剛性軸 什么叫撓性軸 設計高速運轉的軸時 應如何考慮軸的工作轉速范圍 機械設計作業集 2014 3 24 4 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 四 設計計算題四 設計計算題 15 31 已知一傳動軸的材料為 40Cr 鋼調質 傳遞功率 P 12kW 轉速 n 80r min 試 1 按扭轉強度計算軸的直徑 2 按扭轉剛度計算軸的直徑 設軸的允許扭轉角 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 直徑 d 75mm 的實心軸與外徑 d0 85mm 的空心軸的扭轉強度相等 設兩軸材料相同 試 求該空心軸的內徑 d1和減輕重量的百分比 解 實心軸 T W T 空心軸 T W T TT 載荷相同 材料相同 扭轉強度相同時有 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 減輕重量的百分比為 42 43 4 44 2 2 1 2 0 2 2 2 1 2 0 2 d ddd d ddd 機械設計作業集 2014 3 24 5 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 15 33 圖示 a b 為起重滑輪軸的兩種結構方案 已知軸的材料為Q235鋼 取需用應力 0 75MPa 1 45MPa 軸的直徑均為d 40mm 若起重量相同 Q 20KN 支承跨距相同 尺寸 如圖 試分別校核其強度是否滿足要求 題 15 33 圖 解 335 19 628332 105 2252 mmdWNmmQM 轉動心軸 MPa W M b 45 79 39 19 6283 105 2 1 5 固定心軸 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 固定心軸固定心軸 Q 2 Q 2 Q 2 Q 2 100 25 25 M 轉動心軸轉動心軸 機械設計作業集 2014 3 24 6 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 15 34 圖示為一臺二級錐 柱齒輪減速器簡圖 輸入軸由左端看為逆時針轉動 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 試畫出輸入軸的計算簡圖 計算軸的支反力 畫出軸 的彎扭圖合扭矩圖 并將計算結果標在圖中 解 題 15 34 圖 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 機械設計作業集 2014 3 24 7 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 Nmm d FT m t 300000 2 1 1 15 35 根據題 15 34 的已知條件 試畫出中間軸的計算簡圖 計算軸的支反力 畫出軸的彎扭 圖和扭矩圖 并將計算結果標在圖中 題 15 35 圖 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 機械設計作業集 2014 3 24 8 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 15 36 兩級展開式斜齒圓柱齒輪減速器的中間軸的尺寸和結構如圖所示 軸的材料為 45 鋼 調 質處理 軸單向運轉 齒輪與軸均采用 H7 k6 配合 并采用圓頭普通平鍵聯接 軸肩處的圓角半 徑為 r 1 5mm 若已知軸所受扭矩 T 292N m 軸的彎矩圖如圖所示 試按彎扭合成理論驗算軸 上截面 和 的強度 并精確校核軸的疲勞強度 題 15 36 圖 機械設計作業集 2014 3 24 9 班 級成 績 姓 名任課教師 學 號批改日期 五 結構設計與分析題五 結構設計與分析題 15 37 試指出圖示小錐齒輪軸系中的錯誤結構 并畫出正確的結構圖 題 15 37 圖