河科大机械设计作业第14.15章作业解答[1]

题13—47图
第十四章联轴器和离合器
一、分析与思考题
14-16 联轴器、离合器、安全联轴器和安全离合器有何区别？各用于什么场合？
答：联轴器：用来把两轴联接在一起，机器运转时不能分离。

只有停机时将联接拆开后两轴才能分离。

离合器：在机器运转过程中可使两轴随时接合或分离。

用来操纵机器传动系统的断续，以便进行变速及换向等。

安全联轴器和安全离合器：机器工作时，如果转矩超过规定值，这种联轴器或离合器即可自行断开或打滑，以保证机器中主要零件不致因过载而损坏。

14-17 试比较刚性联轴器、无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器各有何优缺点？各用于什么场合？
答：刚性联轴器：构造简单，成本低，可传递较大的转矩。

缺乏补偿两轴相对位移的能力。

故对两轴对中性能要求很高。

用于转速低，无冲击，轴的刚性大，对中性较好的场合。

无弹性元件的挠性联轴器：可补偿两轴相对位移。

但因无弹性元件，故不能缓冲减振。

常用于载荷平稳、无冲击的场合。

有弹性元件的挠性联轴器：因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴相对位移而且可以吸振缓冲。

用于需要补偿两轴的相对位移，工作载荷有较大变化的场合。

14-18选择联轴器类型时，应当考虑哪几方面因素？
答：1、传递转矩大小和性质以及对吸振缓冲能力的要求；
2、工作转速高低和引起离心力的大小；
3、两轴相对位移的大小和方向；
4、联轴器的可靠性和工作环境；
5、联轴器的制造、安装、维护和成本。

14-19 牙嵌离合器和摩擦式离合器各有何优缺点？各适用于什么场合？
答：牙嵌离合器：结构简单，没有相对滑动，尺寸小。

但不能在转速差较大时进行联接。

摩擦式离合器：两轴能在任何不同角速度下进行联接；改变摩擦面间的压力就能调节从动轴的加速时间；接合时冲击和振动较小；过载时将发生打滑，可避免其它零件损坏。

二、 设计计算题
14-20 有一链式输送机用联轴器与电机相联接。

已知传递功率P=15Kw ，电动机转速n=1460r/min ，电动机轴伸直径d=42mm 。

两轴同轴度好，输送机工作时起动频繁并有轻微冲击。

试选择联轴器的类型和型号。

解：根据题中已知条件，选择有弹性元件的挠性联轴器。

查表14-1，取K A =1.5。

由公式（14-3），
计算力矩 m N n P K T k T A A ca .2.1471460
15
95505.19550=⨯⨯===
在选择联轴器时，联轴器的孔径范围应满足电动机轴径d=42mmm 的要求。

1） 选HL3型弹性柱销联轴器， [T]=630Nm ， 30≤d ≤48mm
2）选TL6型弹性套柱销联轴器，[T]=250Nm，32≤d≤42mm
3）选ML5梅花型弹性联轴器，[T]=250Nm，30≤d4≤8mm
14-21 一搅拌机的轴通过联轴器与减速器的输出轴相联接，原动机为电动机，减速器输出轴的转速n=200r/min，传递转矩T=1000N.m，两轴工作时有少量偏移，试选择联轴器的类型和型号。

解：根据题中已知条件，选择无弹性元件的挠性联轴器。

查表14-1，取K A=1.7。

由公式（14-3），计算力矩
T ca=K A T=1.7×1000=1700Nm
1)选KL8型滑块联轴器, [T]=1800Nm
2)选CL3型齿式联轴器, [T]=3150Nm
第十五章轴
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，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。

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？
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：A 0=97~112
mm n P A d )5.59~5.51(80
12
)112~97(33
0=⋅=⋅≥∴ （2）4
0n
P
B d ⋅≥Θ ][32
101.81073.51073.54
444ϕπ
ϕ≤⨯
⨯⨯⨯=⋅
⨯=d T GI T
P
Θ 3
.108]
[6881341
.0100406.671055.9][1.83273.54
04044
6=⋅===⋅⨯⨯⨯≥∴ϕϕπB mm
n
P
B n P d 其中：
15—32直径d=75mm 的实心轴与外径d 0=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d 1和减轻重量的百分比。

解：实心轴：][ττ≤=T
W T ，空心轴：]['≤''
='ττT
W
T
T T '=∴'=∴载荷相同，
材料相同ΘΘ][][ττ 扭转强度相同时有：W T =W T ′
mm d d d d d d d d d d 58.63)85
75
(185)(
11),1(1616434300101
430
34
3
3
=-⋅=-=∴=-=-=∴ββπ
π
减轻重量的百分比为：%42.43)
(4
)(4
4
2
212022
21202=--=--
=d d d d d d d d π
ππ
δ
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
解：3
3
5
19.628332/,105.2252/mm d W Nmm Q M ==⨯=⨯=π
转动心轴：MPa W M b 45][79.3919.6283105.215
=<=⨯==-σσ 固定心轴：MPa W M b 75][79.3919
.6283105.205
=<=⨯==σσ
15—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F t1=5000N ，
Q/2
Q/2
Q/2
Q/2
100 25 25
M
固定心轴
Q/2
Q/2
Q/2
Q/2
100 25 25
M
转动心轴
F r1=1690N ，F a1=676N ，d m1=120mm,d m2=300mm ，F t3=10000N ，F r3=3751N ，F a3=2493N ，d 3=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：
题15—34图
N
F F F N F F F N
F F F N
F l F l F N
F F F N F l F d F l F rBV rBH rB rAV rAH rA rAV t rBV rAV t rAV r rAH
rBH r r m a rAH 7815750021972550250050775002500120
60
5000,21975071202
/120676601690,2222
2
222
213121131122=+=+=∴=+=+=∴=+=∴=⨯=∴⋅=⋅=-=∴=⨯-⨯=∴⋅=⋅+⋅ΘΘ
d m1/2 60840Nmm
40560Nmm
300000Nmm
306107Nmm
300000Nmm
F rA
F rB n 1
F r1
F a1
F t1
F rBH
F t1 F rAH
F rA V
F rBV
n 1
40560Nmm
F a2
F a1
F a3 F a4
Nmm d F T m t 3000002
1
1=⋅
=
15—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。

题15—35图
解：N F F N F F N F F r a t t a r 676,50000,1690212121======Θ
N
F F F F N
F d
F l F l l F d F l l l F r r CH DH
CH a r r m a CH 37446763751669669300
100
3751752493200676150169002
)(2)(23336365222654=-+=-+=∴=⨯-⨯+⨯+⨯=∴=⋅-⋅++⋅-⋅-++⋅Θ N
F F F F N
l l l F l l F F CV t t DV t t CV 833366671000050006667300100
100002005000)(326543652=-+=-+=∴=⨯+⨯=++++⋅=
Θ
N F F F N F F F DH DV rD CH CV rC 91353744833367006696667222
2
222
2
=+=+=∴=+=+=∴
Nmm d F T m t 75000002
2
2=⋅
= F r3
F t2
F r2
F a2
F rC F rD
F t3 F a3
F a3 F a2 F t2
F r2
F r3
F t3 F CH F DH
F CV
F DV
d m2/2 d 3/2
66900Nmm
374400Nmm
666700Nmm 833300Nmm
913545Nmm
670048Nmm
750000Nmm
n 2
15—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=1.5mm。

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面Ⅰ和Ⅱ的强度，并精确校核轴的疲劳强度。

题15—36图
五、结构设计与分析题
15—37试指出图示小锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确的结构图。

题15—37图
15—38试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。

题15—38图
15—39试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。

题15—39图
15—40试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构及视图表达错误，并画出正确结构图及视图。

题15—40图。