第十五章軸一、選擇題15—1按所受載荷的性質(zhì)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(zhuǎn)動心軸 B固定心軸 C傳動軸 D轉(zhuǎn)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(gè)局部直徑 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(lián)接零件時(shí)，應(yīng)力集中將發(fā)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(jì)算公式，C。A只考慮了軸的彎曲疲勞強(qiáng)度 B考慮了彎曲、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的合成C只考慮了扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 D考慮了軸的扭轉(zhuǎn)剛度15—5軸的強(qiáng)度計(jì)算公式中，α是C。A彎矩化為當(dāng)量轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)化系數(shù) B轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化成當(dāng)量彎矩的轉(zhuǎn)化系數(shù)C考慮彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的循環(huán)性質(zhì)不同的校正系數(shù)D強(qiáng)度理論的要求15—6軸的平安系數(shù)校核計(jì)算，應(yīng)按D計(jì)算。A彎矩最大的一個(gè)截面 B彎矩和扭矩都是最大的一個(gè)截面C應(yīng)力集中最大的一個(gè)截面 D設(shè)計(jì)者認(rèn)為可能不平安的一個(gè)或幾個(gè)截面15—7軸的平安系數(shù)校核計(jì)算中，在確定許用平安系數(shù)S時(shí),不必考慮A。A軸的應(yīng)力集中 B材料質(zhì)地是否均勻 C載荷計(jì)算的精確度 D軸的重要性15—8對軸上零件作軸向固定，當(dāng)雙向軸向力都很大時(shí)，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(jìn)行外表強(qiáng)化處理，可以提高軸的C。A靜強(qiáng)度 B剛度 C疲勞強(qiáng)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(gè)齒輪，齒輪孔倒角為C45°,那么要求A。Ar<C<h Br=C=h Cr>C>h DC<r<h15—11在以下軸上軸向定位零件中，B定位方式不產(chǎn)生應(yīng)力集中。A圓螺母B套筒C軸肩D軸環(huán)15—12軸上滾動軸承的定位軸肩高度應(yīng)B。A大于軸承內(nèi)圈端面高度B小于軸承內(nèi)圈端面高度C與軸承內(nèi)圈端面高度相等D愈大愈好二、填空題15—13按受載分類，軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸，減速器中的軸應(yīng)屬于轉(zhuǎn)軸。15—14轉(zhuǎn)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(qiáng)度。15—15當(dāng)轉(zhuǎn)軸受到穩(wěn)定的軸向力作用時(shí)，軸的彎曲應(yīng)力是非對稱循環(huán)應(yīng)力。15—16單向轉(zhuǎn)動的軸上作用有方向不變的徑向載荷時(shí)，軸的彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力〔轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)時(shí)〕。15—17用套筒、螺母或軸端擋圈作軸向固定時(shí)，應(yīng)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(zhuǎn)矩大得多。15—19一般情況下軸的工作能力決定于軸的強(qiáng)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(huán)、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(qiáng)度的措施有合理布置軸上零件的位置和改良軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷、改良軸的結(jié)構(gòu)以減小應(yīng)力集中、改良軸的外表質(zhì)量以提高軸的疲勞強(qiáng)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良軸上零件的結(jié)構(gòu)以減小軸的載荷等。三、分析與思考題15—23何為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動心軸；自行車的中軸屬于轉(zhuǎn)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(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械中的軸；45廣泛應(yīng)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(fā)動機(jī)凸輪軸；QT600-2用于制造復(fù)雜外形的軸，如發(fā)動機(jī)曲軸；40CrNi用于制造很重要的軸，如汽車、拖拉機(jī)變速箱中的軸。15—25軸的強(qiáng)度計(jì)算方法有哪幾種？各適用于何種情況？答：1.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，該方法適用于計(jì)算傳動軸或初步估計(jì)轉(zhuǎn)軸直徑；2.按彎扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算，該方法適用于校核計(jì)算一般轉(zhuǎn)軸的疲勞強(qiáng)度； 3.按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確校核，該方法適用于精確校核計(jì)算重要軸的疲勞強(qiáng)度； 4.按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核，該方法適用于計(jì)算瞬時(shí)過載很大、或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重的軸的靜強(qiáng)度。15—26按彎扭合成強(qiáng)度和按疲勞強(qiáng)度校核時(shí)，危險(xiǎn)截面應(yīng)如何確定？確定危險(xiǎn)截面時(shí)考慮的因素有何區(qū)別？答：按彎扭合成強(qiáng)度校核軸時(shí)，危險(xiǎn)截面指的是計(jì)算應(yīng)力〔綜合考慮彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力〕較大的一個(gè)或幾個(gè)截面，考慮的因素主要是軸上的彎矩、扭矩和軸徑；按疲勞強(qiáng)度校核軸時(shí)，確定危險(xiǎn)截面時(shí)，既要考慮彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的大小，還要考慮應(yīng)力集中和絕對尺寸等綜合因素的影響大小，確定一個(gè)或幾個(gè)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(shù)的大小。15—27為什么要進(jìn)行軸的靜強(qiáng)度校核計(jì)算？這時(shí)是否要考慮應(yīng)力集中等因素的影響？答：靜強(qiáng)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(shí)過載很大、或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(yán)重的軸是很必要的。軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸上作用的最大瞬時(shí)載荷來校核的，這時(shí)不考慮應(yīng)力集中等因素的影響。15—28經(jīng)校核發(fā)現(xiàn)軸的疲勞強(qiáng)度不符合要求時(shí)，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(qiáng)度？答：可采取以下措施來提高軸的疲勞強(qiáng)度換用強(qiáng)度高的好材料；減小應(yīng)力集中〔增大過渡圓角半徑、降低外表粗糙度、開設(shè)卸載槽〕對軸的外表進(jìn)行熱處理和硬化處理；改良軸的結(jié)構(gòu)形狀；提高加工質(zhì)量等。15—29何謂軸的臨界轉(zhuǎn)速？軸的彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速大小與哪些因素有關(guān)？15—30什么叫剛性軸？什么叫撓性軸？設(shè)計(jì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸時(shí)，應(yīng)如何考慮軸的工作轉(zhuǎn)速范圍？四、設(shè)計(jì)計(jì)算題15—31一傳動軸的材料為40Cr鋼調(diào)質(zhì)，傳遞功率P=12kW，轉(zhuǎn)速n=80r/min。試：〔1〕按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算軸的直徑；〔2〕按扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算軸的直徑〔設(shè)軸的允許扭轉(zhuǎn)角[φ]≤0.5〔°〕/m)。解：〔1〕由表15-3知：A0=97~112〔2〕15—32直徑d=75mm的實(shí)心軸與外徑d0=85mm的空心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度相等，設(shè)兩軸材料相同，試求該空心軸的內(nèi)徑d1和減輕重量的百分比。解：實(shí)心軸：，空心軸：扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度相同時(shí)有：WT=WT′減輕重量的百分比為：15—33圖示〔a〕、〔b〕為起重滑輪軸的兩種結(jié)構(gòu)方案。軸的材料為Q235鋼，取需用應(yīng)力[σ0]=75MPa，[σ-1]=45MPa，軸的直徑均為d=40mm，假設(shè)起重量相同，Q=20KN，支承跨距相同〔尺寸如圖〕，試分別校核其強(qiáng)度是否滿足要求。題15—33圖Q/2Q/2Q/2Q/2Q/2Q/2Q/21002525M固定心軸Q/2Q/2Q/2Q/21002525M轉(zhuǎn)動心軸解：轉(zhuǎn)動心軸：固定心軸：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(shí)針轉(zhuǎn)動。Ft1=5000N，F(xiàn)r1=1690N，F(xiàn)a1=676N，dm1=120mm,dm2=300mm，F(xiàn)t3=10000N，F(xiàn)r3=3751N，F(xiàn)a3=2493N，d3=150mm，l1=l3=60mm，l2=120mm，l4=l5=l6=100mm，試畫出輸入軸的計(jì)算簡圖，計(jì)算軸的支反力，畫出軸的彎扭圖合扭矩圖，并將計(jì)算結(jié)果標(biāo)在圖中。Fa3Fa3Fa4Fa2Fa140560Nmm306107NmmFr1Fa1Ft1FrBFrAFrBHFrAHFt1FrBVFrAVFa140560Nmm306107NmmFr1Fa1Ft1FrBFrAFrBHFrAHFt1FrBVFrAV300000Nmmn1dm1/2n160840Nmm40560Nmm300000Nmm解：題15—34圖374400NmmFa2FrCFrDFt3Fr315—35根據(jù)題15374400NmmFa2FrCFrDFt3Fr3FCVFDVn2750000Nmm913545Nmm833300Nmm670048Nmm666700Nmm66900Nmmd3/2dm2/2FDHFCHFt3Fr3FCVFDVn2750000Nmm913545Nmm833300Nmm670048Nmm666700Nmm66900Nmmd3/2dm2/2FDHFCHFt3Fr3Fr2Fa3Fa2Ft2Ft2Fr2Fa3題15—35圖解：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(jié)構(gòu)如下圖。軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，軸單向運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪與軸均采用H7/k6配合，并采用圓頭普通平鍵聯(lián)接，軸肩處的圓角半徑為r=1.5mm。假設(shè)軸所受扭矩T=292N·m，軸的彎矩圖如下圖。試按彎扭合成理論驗(yàn)算軸上截面Ⅰ和Ⅱ的強(qiáng)度，并精確校核