机械课后习题答案第10章习题及解答

第10章习题及解答

10.1答：根据所承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三类。转轴：既承受转矩又承受弯矩，如减速箱中各轴、机床主轴等；传动轴：主要承受转矩，不承受或承受很小的弯矩，如汽车的传动轴、螺旋浆轴等；心轴：只承受弯矩而不承受转矩，如自行车轮轴、火车轮轴、滑轮轴等。

10.2答：转轴所受弯曲应力通常是对称循环变应力。转轴所受扭转应力则常常不是对称循环变应力，有可能是静应力、脉动循环变应力或对称循环变应力，根据实际受力状况判断。

10.3

答：轴的常用材料有碳素钢、合金钢、铸钢和球墨铸铁。按轴的工作场合、受载情况、使用状况和制造成本等选用材料。10.4答：从公式[]333

62.01055.9n p C n p d ≥⨯≥τ可以看出，在采用相同材料并忽略功率损耗的条件下，轴的最小直径与转速成反比，低速轴的转速远远要小于高速轴的转速，故低速轴的直径要比高速轴粗很多。

10.5答：因为开始设计时，支承的距离、受力大小、方向及作用位置均属未知。10.6答：轴的结构设计任务是在满足强度和刚度要求的基础上，确定轴的合理结构和全部几何尺寸。轴的结构设计应满足的要求是：轴及安装轴上的零件要有确定的工作位置；轴上零件要便于装拆、定位和调整；轴的结构不仅要有良好的工艺性，而且有利于提高轴的强度、刚度以及节省材料，减轻重量。

10.7答：轴上零件周向固定方式有：

1）键：广泛采用；

2）花键：用于传递载荷大、高速、对中性好、导向性好、对轴的削弱程度小等场合；

3）过盈配合：用于对中性好、承受冲击载荷等场合。

轴上零件周向固定方式有：

1）轴肩：可承受大的轴向力，结构简单、可靠；

2）轴环：可承受大的轴向力，结构简单、可靠；

3）套筒：可承受较大的轴向力，用于相邻两零件之间距离较短、转速较低的场合；

4）圆螺母：可承受较大的轴向力，用于便于零件装拆、轴的强度要求不高的场合；

5）轴端挡圈：可承受较大的轴向力，用于轴端；

6）弹性挡圈：只能承受较小的轴向力，用于不太重要场合；

7）圆锥面：通常与轴端挡圈或圆螺母联合使用，用于高速、受冲击载荷等场合。10.8解：

36.28()d mm ≥取d =38(mm )

10.9解：

[]33660.20.23514505571.61()9.55109.5510d n P KW τ⨯⨯⨯≤==⨯⨯10.10解：因轴的材料为45号钢，调质处理，由表16-1查得

B σ=650MPa ，由表16-3查得

许用弯曲应力[1b σ-]=60MPa ，取α=0.3，则

500.17()e e M MPa W σ==因e σ＞[1b σ-]，故不能满足强度要求。10.11

解：由[]1e b σσ-=

，取α=0.3，得

61.58410()

M N mm ≤⨯ 由材料力学得

Fa M x a x =+故661.58410300426()9000300 1.58410

Ma x mm Fa M ⨯⨯===-⨯-⨯10.12解：参考教材例12-1

10.13解：（1）选材料，确定许用应力

材料为45号钢，调质处理，由表16-1查得B σ=650MPa ，由表16-3查得许用弯曲应力

[1b σ-]=60MPa ，

（2）求作用在输出轴上的力

1212181470323()82

z n n rpm z =

=⨯=66322229.55109.551065010()323P T N mm n =⨯=⨯=⨯ 622222 6.5103960()482

t T F N d ⨯⨯===⨯223960201440()

r t F F tg tg N α==︒=（3）求d

32396018017810()44t H F l M N mm ⨯===⨯⋅32144018064.810()

44

r V F

l M N mm ⨯===⨯⋅189()

M N m

==⋅当扭煎应力为脉动循环变应力时，取α=0.6，则

434()

e

M N mm =

=⋅41.6()d mm ≥=考虑键槽 1.0441.643.3()

d mm ≥⨯=取45()d mm =10.14提示：按62

9.5510P T n =⨯ 分别求出2t F 、3t F ，然后求出2r F 、2a F 、3r F 、3a F ，参考10.13求解。

10.15解：（1）求Ⅱ轴上的作用力

2 5.595509550297()23960125P T N mm n ==⨯=⋅⨯22'

2125253.38()cos cos922n m z d mm β⨯===︒33131sin (10.5)620(10.5)105()4m b d d b d mm R δ=-=-=⨯⨯-⨯=3142014.0440

z arctg arctg z δ===︒3222323322297102350()253.38

22297105660()105

t t m T F N d T F N d ⨯⨯===⨯⨯===22331235020867()cos cos922'

cos 566020cos14.042000()t n r r t n F tg tg F N F F tg tg N αβαδ⨯︒===︒==︒︒=223312350922'388()

sin 566020sin14.04499()

a t a t n F F tg tg N F F tg tg N βαδ==︒===︒︒=（2）确定许用用力

45钢正火B σ=600MPa ，[1b σ-]=55MPa ，

（3）分别求出齿轮2处和轴Ⅱ右支承处当量弯矩，然后求d ，略。

10.16解：按扭转强度：[]316

d T πτ=按扭转刚度条件：4

32

G d T l ϕπ= 故：[]43

3216G d d l ϕππτ= []422180050257.8()0.5810180

l d mm G τπϕ⨯⨯===⨯⨯⨯取d =258mm 。