机械设计作业集第15章答案 免费下载

FrA FrAH FrAV 507 2 2500 2 2550 N 班 级 2 2 FrB FrBH FrBV 2197 2 7500 2 7815 N 姓 名
学
-6-
2
2
成
绩
任课教师 批改日期
号
机械设计作业集 2014/3/24
T Ft1
d m1 300000 Nmm 2
固 定 心 轴 ：
b
M 2.5 10 5 39.79 [ 0 ] 75MPa 班 W 6283.19
姓 学
-5-
级 名 号
成
M
绩
任课教师 批改日期
机械设计作业集 2014/3/24
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 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，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。 Fa2 n1 Fa4
题 15—33 图 Q/2 Q/2 Q/2 Q/2
Q/2
25
100
25
Q/2
Q/2
25
100
25
Q/2
M
转动心轴
5 3
固定心轴
3
解： M Q / 2 25 2.5 10 Nmm,W d / 32 6283.19mm
M 2.5 10 5 39.79 [ 1 ] 45MPa 转动心轴： b W 6283.19
机械设计作业集 2014/3/24
第十五章
一、选择题
轴
15—1 按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 A ，自行车的前轴是 B ，连接汽车变速 箱与后桥，以传递动力的轴是 C 。 A 转动心轴 B 固定心轴 C 传动轴 D 转轴 15—2 为了提高轴的刚度，措施 B 是无效的。 A 加大阶梯轴个部分直径 B 碳钢改为合金钢 C 改变轴承之间的距离 D 改变轴上零件位置 15—3 轴上安装有过盈联接零件时，应力集中将发生在 B 。 A 轮毂中间部位 B 沿轮毂两端部位 C 距离轮毂端部为 1/3 轮毂长度处 15—4 轴直径计算公式 d C 3 A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度 C 只考虑了扭转应力 15—5 轴的强度计算公式 M e
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。
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， 班 级 成 绩 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， 姓 名 任课教师 确定
d A0 3
P 12 (97 ~ 112) 3 (51.5 ~ 59.5)mm n 80 P n
T 5.73 10 4 GI P T 8.1 10
4
（2） d B0 4
5.73 10 4

32
[ ] d
4
d 4
5.73 32 P P 9.55 10 6 4 B0 4 67.406mm 8.1 [ ] n n 0.6881341 108.3 [ ]
学
号
批改日期
-2-
机械设计作业集 2014/3/24 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—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 374400Nmm 图和扭矩图，并将计算结果标在图中。 F t3 Fr3 Fa3 n2 66900Nmm Fr2 FrD Ft2 FrC Fa2 833300Nmm 913545Nmm
FCH dm2/2 Fa2 FCV Ft2 Fr2
Fr3
Fa3 d3/2 FDH
666700Nmm 670048Nmm
750000Nmm FDV Ft3
题 15—35 图
解： Fr1 Fa 2 1690 N , Ft1 Ft 2 50000 N , Fa1 Fr 2 676 N

4
(d 02 d12 ) d2

d 2 (d 02 d12 ) 43.42% d2
4
班 姓 学
-4-
级 名 号
成
绩
任课教师 批改日期
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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。
其中：B0 100 4
15—32 直径 d=75mm 的实心轴与外径 d0=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 d1 和减轻重量的百分比。 解：实心轴：
T T [ ] [ ] ，空心轴： WT W
T
材料相同[ ] [ ]， 载荷相同T T
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？
班 姓 学
-3-
级 名 号
成
绩
任课教师 批改日期
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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：A0=97~112
扭转强度相同时有：WT=WT′


16
d3

16
3 d0 (1 4 ), 4 1
d 3 d1 3 d0 d0
d1 d 0 4 1 (
d 3 75 ) 85 4 1 ( ) 3 63.58mm d0 85

减轻重量的百分比为： 4
d2
Fa1
Fa3 Fr1 n1 Fa1 FrA 40560Nmm
FrB
Ft1
60840Nmm
300000Nmm FrAH dm1/2 FrBH 300000Nmm 306107Nmm 40560Nmm
FrAV
Ft1 FrBV
解： 题 15—34 图
FrAH l 2 Fa 2 FrBH FrAH
班 姓 学
-1-
级 名 号
成
绩
任课教师 批改日期
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二、填空题
15—13 按受载分类，轴可以分为 转 轴、 心 轴和 传动 轴，减速器中的轴应属于 转 轴。 15—14 转轴一般制成阶梯形的原因是 便于轴上零件安装定位 和 近似等强度 。 15—15 当转轴受到稳定的轴向力作用时，轴的弯曲应力是 非对称循环 应力。 15—16 单向转动的轴上作用有方向不变的径向载荷时，轴的弯曲应力为 对称 循环变应力，扭转 剪应力为 脉动 循环变应力（转动不平稳时） 。 15—17 用套筒、螺母或轴端挡圈作轴向固定时，应使轴头段的长度 小于 轮毂宽度。 15—18 在齿轮减速器中，低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多，其原因是 低速轴受到的转矩 大得多 。 15—19 一般情况下轴的工作能力决定于 轴的强度 和 轴的刚度 。 15—20 零件在轴上常用的轴向固定方法有 轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴挡档圈、挡圈等 、 周向固定方法有 键、花键、过盈配合等 。 15—21 提高轴的疲劳强度的措施有 合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴的 载荷、改进轴的结构以减小应力集中、改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 。 15—22 提高轴的刚度的措施有 改善轴的支承情况(减小跨距、改悬臂为简支、采用支承刚度大的 轴承等)、增大轴的尺寸、采用空心轴、合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴 的载荷等 。
d m1 1690 60 676 120 / 2 Fr1 l3 , Fr1 507 N 2 120 Fr1 2197 N 5000 60 2500 N 120
FrAV l 2 Ft1 l3 , FrAV FrBV Ft1 FrAV 7500 N
P ， n
C 。 B 考虑了弯曲、扭转应力的合成 D 考虑了轴的扭转刚度
M 2 (T ) 2 中，α 是
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C
。
A 弯矩化为当量转矩的转化系数 B 转矩转化成当量弯矩的转化系数 C 考虑弯曲应力和扭转切应力的循环性质不同的校正系数 D 强度理论的要求 15—6 轴的安全系数校核计算，应按 D 计算。 A 弯矩最大的一个截面 B 弯矩和扭矩都是最大的一个截面 C 应力集中最大的一个截面 D 设计者认为可能不安全的一个或几个截面 15—7 轴的安全系数校核计算中，在确定许用安全系数 S 时,不必考虑 A 。 A 轴的应力集中 B 材料质地是否均匀 C 载荷计算的精确度 D 轴的重要性 15—8 对轴上零件作轴向固定，当双向轴向力都很大时，宜采用 C 。 A 过盈配合 B 用紧定螺钉固定的挡圈 C 轴肩—套筒 D 轴肩—弹性挡圈 15—9 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 C 。 A 静强度 B 刚度 C 疲劳强度 D 耐冲击性能 15—10 如阶梯轴的过渡圆角半径为 r， 轴肩高度为 h,上面安装一个齿轮， 齿轮孔倒角为 C45°, 则要求 A 。 A r<C<h B r=C=h C r>C>h D C<r<h 15—11 在下列轴上轴向定位零件中， B 定位方式不产生应力集中。 A 圆螺母 B 套筒 C 轴肩 D 轴环 15—12 轴上滚动轴承的定位轴肩高度应 B 。 A 大于轴承内圈端面高度 B 小于轴承内圈端面高度 C 与轴承内圈端面高度相等 D 愈大愈好