机械设计习题集第十六章轴汇编

第十一章轴

题11－1 简述轴的结构设计应满足的基本要求。指出图中结构设计的错误，在错误处标出序号，并按序号一一说明理由。

题11－1图

解题分析：轴的结构设计应满足的基本要求是：

1．轴及轴上零件应有确定的位置和可靠固定；

2．轴上零件应便于安装，折卸和调整；

3．轴应具有良好的加工工艺性；

4．力求受力合理，有利提高疲劳强度和刚度。

解答：图中的主要错误分析（题解 11-1 图）

题解14－1图

1．轴肩过高挡住了轴承内圈，轴承不便于折卸；

2．与齿轮相配合的轴的两边均有轴肩，齿轮无法安装；

3．键的顶面应与轮毂槽底面应有间隙，且轮毂槽应开通，轴上键槽处应有局部剖视；

4．轴承不便于安装，此处应该有过渡轴肩；

5．此处的轮毂没有确定的位置，且无轴向固定；

6．键过长，且两键不在同一方位，不便于加工；

7．轴端过长，轮毂无法进行轴向固定。

题11－2根据图示卷筒轴的三种设计方案填写下表（表中轴的类型为按承载情况分）：

方案轴的类型轴上应力应力循环特性

a

b

c

题11－2图

解答：

方案轴的类型轴上应力应力循环特性

a转动心轴弯曲应力σr ＝－1

b转轴弯曲应力σ，扭剪应力τr = －1，r = 0 (+1)

c固定心轴弯曲应力σr = +1

题11－3 设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。已知齿轮相对于支承为对称布置，齿轮宽度b 2＝100 mm ，轴承为7308AC ，两支承间的跨度L ＝200mm ，外伸端装有一个半联轴器，孔的直径在25～35mm 之间，轴与孔的配合长度为L ′＝60mm 。

解答：1、确定各段轴的直径：

（1）与联轴器配合处的直径d ：选联轴器的型

号为

82YA302

6YC28HL2

⨯⨯，半联轴器的孔径d =28 mm ，

长圆柱形轴孔，孔长L = 62 mm 。

（2）轴身处直径d 1：考虑半联轴器的定位和固

定，应有一个定位轴肩，此段轴为外伸轴，其上装有 密封圈，应取相应的标准直径。所以取d 1 =35mm 。

（3）安装滚动轴承处轴颈直径d 2、、d 6：为便于轴 承安装，d 1与d 2之间应有一非定位轴肩，轴肩高度一

般为1～3 mm ，且轴颈直径必须满足滚动轴承孔径要求。 因此选择7308AC 轴承，内径为40 mm ，所以d 2 = d 6 =40 mm 。

（4）安装齿轮处轴段直径d 3：为装配方便，并考虑强度要求，取直径d 3=45 mm 。 （5）轴环直径d 4：为使齿轮定位可靠和承受轴向力，取d 4=55 mm ， （6）轴肩直径d 5：考虑到轴承定位和拆卸方便，根据手册，查取d 5=50 mm 。

2．各段轴的长度：

题11-3 图

其中轴径d3和d段的长度应分别比与其配合的轮毂长度短2～3mm，以便可靠定位，其它段长度应考虑零件与零件间的相互位置关系来确定。图中尺寸 A应考虑箱体与箱外零件不发生干涉和装配、拆卸方便。

3．两键槽位置应在轴的同一母线上，键宽度应根据轴段d3和d的直径来确定。

4．轴的参考结构，如题解14-3 图所示。

题解11-3 图

题11－4有一带式输送机的双级斜齿圆柱齿轮减速器（如图a所示），功率由带轮输入。已知带传动为水平布置，V带对轴的作用力为F Q＝2300 N（与 F r1在同一平面，且方向与F r1相同）。主动轮1的分度圆直径d1＝120mm，F t1＝5000N，F r1＝1800N,Fɑ1=760 N。计算输入轴的支反力，画出轴的受力图，弯矩图、转矩图、当量弯矩图。

解

答：

1．作轴的空间受力简图，见题解14-4 图（b ）-a)。

2．求水平面支反力，作水平面弯矩图，水平面受力见题解14-4 图（b ）-b ）。 （1）求水平面支反力R H1，R H2 ：

（2） 求水平面弯矩M HC ，见题解14-4 图（b ）-c)。

3．求垂直面支反力，并作垂直平面弯矩图。垂直面受力，见题解14-4 图（b ）-d)。

（1）求垂直面支反力R VA ，R VB

m m N 26088032618080⋅=⨯==HB HC R M

（2）计算垂直面弯矩，绘制垂直面弯矩图，见题解14-4 图（b ）-e ）。

4.计算合成弯矩，作合成弯矩图，见题解14-4 图（b ）-f ）。

5.计算转矩，作转矩图，见题解14-4 图（b ）-g)。

6.计算当量弯矩，作当量弯矩图，见题解14-4 图（b ）-h)。取α=0.6

m N 57.26276.2988.260m

N 36.2618.1588.260m

N 230222

'2'222

2⋅=+=+=⋅=+=+=⋅==C

V HC C VC HC C VA A M M M M M M M M m N d F T t ⋅=⨯=⋅

=3002

120.05000211m

N 57.262m

N 1803006.0 m N 35.317)3006.0(36.261)(m

N 292)3006.0(230)(''2222

2222

⋅==⋅=⨯==⋅=⨯+=+=⋅=⨯+=+=C caC caD C caC A caA M M T M T M M T M M αααN 372N )37281800200(N 3728N 230

607603302300180080230233080111=-+=-+==⨯-⨯+⨯=⋅

-+=

VA r VB

a r VA

R F Q R d

F Q F R mm

N 230000mm N 1002300100mm N 15800mm N 60760297602

mm N 372297608080''⋅=•⨯-=⋅-=⋅-=•⨯-=⋅

-=⋅⨯==Q M d

F M M R M VA

a VC VC VB CV