軸 復習習題

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1、word 第九章 軸 重點難點容 1．軸的結(jié)構(gòu)設計 軸的結(jié)構(gòu)設計就是要合理地確定軸各局部的幾何形狀和尺寸。包括各軸段的直徑、長度、各個軸肩、圓角和倒角的大小、鍵槽的位置等等。 軸的結(jié)構(gòu)沒有標準形式，應根據(jù)具體的情況而定。一般要考慮以下幾個方面的問題：1〕軸上零件的布置；2〕軸上零件的定位和固定；3〕軸上零件的裝拆工藝性；4〕軸的疲勞強度和剛度要求；5〕軸的加工工藝性等。 軸的結(jié)構(gòu)設計應滿足以下要求：1〕軸上零件的布置除了達到工作要求外，要使軸受力最小；2〕軸上的零件要定位準確、固定可靠；3〕軸上的零件能方便地裝配和拆卸；4〕軸的加工工藝性要好；5〕要應力集中小、疲勞強度要

2、高。 2．軸的強度計算 彎扭合成強度條件： ≤ MPa 是根據(jù)扭剪應力的變化性質(zhì)而定的應力校正系數(shù)。用來考慮扭矩T產(chǎn)生的扭剪應力與彎距M產(chǎn)生的彎曲應力的性質(zhì)不同。 對軸受轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律未知時，一般將按脈動循環(huán)變應力處理。 疲勞強度安全系數(shù)的強度條件： ≥ [ S ] 如同一截面有幾個應力集中源，如此取其中最大的一個應力集中系數(shù)用于計算該截面的疲勞強度。 重要根本概念 1．直軸按承受載荷的性質(zhì)分為三類 傳動軸：在工作中主要承受轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩或承受彎矩很小。 心軸：在工作中只承受彎矩，不承受轉(zhuǎn)矩。心軸又分為固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸。 轉(zhuǎn)軸：在工作中既承受彎矩，又承受轉(zhuǎn)矩。

3、 2．軸的失效形式和設計準如此 因軸在彎矩和轉(zhuǎn)矩作用下承受變應力，軸肩處有應力集中，因此軸的主要失效形式是疲勞斷裂。 設計準如此：一般進展疲勞強度校核計算。對瞬時過載很大的軸，還應進展靜強度校核。對于有剛度要求的軸，要進展剛度計算。對轉(zhuǎn)速高或載荷周期性變化的軸，要進展振動穩(wěn)定性計算。 3．軸設計的主要容和軸的設計步驟 軸的設計包括兩個主要容：軸的結(jié)構(gòu)設計和軸的強度計算。 軸的設計步驟：1〕選擇軸的材料；2〕估算軸的最小直徑；3〕軸的結(jié)構(gòu)設計；4〕軸的強度校核；5〕必要時進展軸的剛度計算和振動穩(wěn)定性計算。 4．提高軸的疲勞強度的措施 減小應力集中；降低外表粗糙度；強化軸的外表，如碾

4、壓、噴丸、外表淬火、滲碳、滲氮、碳氮共滲等。 5．軸的剛度條件指標和提高剛度的措施 軸的剛度條件為： 撓 度： y ≤ [ y] 偏轉(zhuǎn)角：θ≤ [θ] 扭轉(zhuǎn)角：≤ [] 提高軸剛度的措施：增大軸的直徑。注意，用合金鋼代替碳素鋼不能提高軸的剛度。 精選例題與解析 例9-3 例9-3圖1為軸上零件的兩種布置方案，功率由齒輪A輸入，齒輪1輸出扭矩T1，齒輪2輸出扭矩T2，且T1＞T2。試比擬兩種布置方案各段軸所受的扭矩是否一樣? a b 例9-3 圖1 答：各軸段所受轉(zhuǎn)矩不同，如例9-3圖2所示。方案a：Tmax

5、 = T1，方案b：Tmax = T1+ T2 。 a b 例9-3 圖2 自測題與答案 一、選擇題 9-1．如下各軸中，屬于轉(zhuǎn)軸的是________。 A．減速器中的齒輪軸 B. 自行車的前、后軸 C．鐵路機車的輪軸 D. 滑輪軸 9-2．對于既承受轉(zhuǎn)矩又承受彎矩作用的直軸，一般稱為________。 A．傳動軸 B. 固定心軸 C. 轉(zhuǎn)動心軸

6、 D. 轉(zhuǎn)軸 9-3．對于只承受轉(zhuǎn)矩作用的直軸，一般稱為________。 A．傳動軸 B. 固定心軸 C. 轉(zhuǎn)動心軸 D. 轉(zhuǎn)軸 9-4．按照軸的分類方法，自行車的中軸屬于__________。 A．傳動軸 B．固定心軸 C．轉(zhuǎn)動心軸 D．轉(zhuǎn)軸 9-5．一般二級齒輪減速器的中間軸是________。 A．傳動軸

7、 B．固定心軸 C．轉(zhuǎn)動心軸 D．轉(zhuǎn)軸 9-6．減速器中，齒輪軸的承載能力主要受到________的限制。 A．短期過載下的靜強度 B．疲勞強度 C．脆性破壞 D．剛度 9-7在下述材料中，不宜用于制造軸的是________。 A．45鋼 B．40Cr C．QT500 D．ZcuSn10-1 9-8．

8、軸環(huán)的用途是________。 A．作為加工時的軸向定位 B．使軸上零件獲得軸向定位 C．提高軸的強度 D． 提高軸的剛度 9-9．當采用軸肩定位軸上零件時，零件軸孔的倒角應________軸肩的過渡圓角半徑。 A．大于 B．小于 C．大于或等于 D．小于或等于 9-10. 定位滾動軸承的軸肩高度應________滾動軸承圈厚度，以便于拆卸軸承。 A．大于

9、 B．小于 C．大于或等于 D．等于 9-11．為了保證軸上零件的定位可靠，應使其輪轂長度________安裝輪轂的軸頭長度。 A．大于 B．小于 C．等于 D．大于或等于 9-12．軸所受的載荷類型與載荷所產(chǎn)生的應力類型________。 A．一定一樣 B．一定不一樣 C．可能一樣也可能不同 9-13．在進展軸的強度計算時，對單向

10、轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，一般將彎曲應力考慮為對稱循環(huán)變應力，將扭剪應力考慮為________。 A．靜應力 B．對稱循環(huán)變應力 C. 脈動循環(huán)變應力 D. 非對稱循環(huán)變應力 9-14．用安全系數(shù)法準確校核軸的疲勞強度時，其危險剖面的位置取決于________。 A．軸的彎矩圖和扭矩圖 B．軸的彎矩圖和軸的結(jié)構(gòu) C. 軸的扭矩圖和軸的結(jié)構(gòu) D. 軸的彎矩圖、扭矩圖和軸的結(jié)構(gòu) 9-15．為提高軸的疲勞強度，應優(yōu)先采用的方法。 A．選擇

11、好的材料 B.提高外表質(zhì)量 C．減小應力集中 D．增大軸的直徑 9-16．材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理的軸剛度不足，應采取的措施是________。 A．采用合金鋼 B．減小應力集中 C．采用等直徑的空心軸 D．增大軸的直徑 9-17．材料為45鋼調(diào)質(zhì)處理的軸強度不足，不應采取的措施是________ 。 A．采用合金鋼 B．減小應力集中 C．提高外表硬度

12、 D．增大軸的直徑 9-18．在用當量彎矩法計算轉(zhuǎn)軸時，采用應力校正系數(shù)是考慮到___________。 A. 彎曲應力可能不是對稱循環(huán)應力 B. 扭轉(zhuǎn)剪應力可能不是對稱循環(huán)應力 C. 軸上有應力集中 D. 軸的外表粗糙度不同 9-19．試比擬圖示兩軸的疲勞強度上下：________。 A．a(chǎn) 圖的強度低 B．b圖的強度低 C．二者強度一樣 D．按b圖中圓角大小而定 題9-19 圖 題9-

13、20 圖 9-20．在如下圖的齒輪傳動中，功率〔P = 10 kW〕從中間軸Ⅱ軸輸入，從Ⅰ、Ⅲ軸輸出，如此Ⅱ軸上的轉(zhuǎn)矩__________。 A. 為T2，且T2 = 0 B. 為T2，且T2 = T1+T3 C. 為T2，但T2≠T1+T3，因T3＞T2 D. 為T2+T3 二、填空題 9-21．根據(jù)軸的承載情況，工作時既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為_________；主要承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為________；只承受彎矩的軸稱為__________。 9-22．根據(jù)軸的承載情況，自行車的前后軸屬于___________。 9-23．在進展軸的強度計算時，對單向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，一般

14、將彎曲應力考慮為_________變應力，將扭剪應力考慮為_________變應力。 9-24．如果軸的同一截面有幾個應力集中源，如此應取其中_________應力集中系數(shù)來計算該截面的疲勞強度安全系數(shù)。 9-25．軸在引起共振時的轉(zhuǎn)速稱為__________。工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為__________軸。工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速的軸稱為__________軸。 三、簡答題 9-26．進展軸的結(jié)構(gòu)設計時，主要考慮哪些方面的問題？ 9-27．為提高軸的剛度，欲把軸的材料由45鋼改為合金鋼40Cr是否適宜？為什么？ 9-28．用合金鋼代替碳素鋼一定能提高軸的疲勞強度嗎？為什么

15、？那么設計軸時，假如采用合金鋼應注意什么問題？ 9-29．影響軸疲勞強度的因素有哪些？在設計軸的過程中，如疲勞強度不夠時應采取哪些措施？ 9-30．在多級齒輪傳動中，為什么低速軸的直徑要比高速軸的直徑粗得多。 四、分析計算題 9-31．分析圖a〕所示傳動裝置中各軸所受的載荷〔軸的自重不計〕，并說明各軸的類型。假如將卷筒結(jié)構(gòu)改為圖b〕、c〕所示，分析其卷筒軸的類型。 題9-31圖 9-32．圖示帶式輸送機有兩種傳動方案，假如工作情況一樣，傳遞功率一樣，試分析比擬： 1．按方案a〕設計的單級齒輪減速器，如果改用方案b〕，減速器的哪根軸的強度要重新驗算？為什么？ 2．假如方案a〕

16、中的V帶傳動和方案b〕中的開式齒輪傳動的傳動比相等，兩方案中電動機軸所受的載荷是否一樣？為什么。 a〕 b〕 題9-32圖 9-33．一單向轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸，危險剖面上所受的載荷為水平面彎矩MH = 4×105 Nmm，垂直面彎矩MV = 1×105 Nmm，轉(zhuǎn)矩T= 6×105 Nmm，軸的直徑d =50 mm，試求： 1．危險剖面上的的合成彎矩M、計算彎矩Mca和計算應力。 2.危險剖面上彎曲應力和剪應力的應力幅和平均應力：、、、。 五、結(jié)構(gòu)分析題 9-34 指出圖中軸系的結(jié)構(gòu)錯誤，并改正。 題9-34 圖1 六、參考答案

17、 1．選擇題 9-1 A； 9-2 D； 9-3 A； 9-4 D； 9-5 D； 9-6 B； 9-7 D； 9-8 B； 9-9 A； 9-10 B； 9-11 A； 9-12 C； 9-13 C； 9-14 D； 9-15 C； 9-16 D； 9-17 C； 9-18 B； 9-19 B； 9-20 D； 2．填空題 9-21 轉(zhuǎn)軸 傳動軸 心軸 9-22 固定心軸 9-2

18、3 對稱循環(huán) 脈動循環(huán) 9-24 一個最大的 9-25 臨界轉(zhuǎn)速 剛性軸 撓性軸 3．簡答題 〔參考答案從略〕 4．分析計算題 9-31 答題要點： Ⅰ軸：只受轉(zhuǎn)矩，為傳動軸； Ⅱ軸：除受轉(zhuǎn)矩外，因齒輪上有徑向力、圓周力等，還受彎矩，是轉(zhuǎn)軸； Ⅲ軸：不受轉(zhuǎn)矩，只受彎矩，是轉(zhuǎn)動心軸； Ⅳ軸：轉(zhuǎn)矩由卷筒承受，軸不受轉(zhuǎn)矩，只受彎矩，是轉(zhuǎn)動心軸； 卷筒結(jié)構(gòu)改為圖b，Ⅴ軸仍不受轉(zhuǎn)矩，只受彎矩，軸不轉(zhuǎn)動，是固定心軸； 卷筒結(jié)構(gòu)改為圖c，Ⅵ軸除了受彎矩外，在齒輪和卷筒之間軸受轉(zhuǎn)矩，是轉(zhuǎn)軸； 9-32 答題要點： 1．方案b〕減速器齒輪軸需要重新

19、驗算。因為與方案a〕相比，雖然減速器布置在高速級，此軸所受的轉(zhuǎn)矩減小了。但軸的外伸端不再是聯(lián)軸器，而是一個懸臂布置的齒輪，齒輪上一定作用有圓周力和徑向力。因此，此軸所受的彎曲應力增大了。 2．假如不計摩擦，電機軸所受的扭矩應為一樣，因為傳遞功率和轉(zhuǎn)速都一樣。但是在方案b〕中不再受彎矩了，因為帶傳動有壓軸力，而聯(lián)軸器沒有。 9-33 解題要點： Nmm 對單向工作的轉(zhuǎn)軸，取α= 0.6，如此 Nmm N/mm2 N/mm2 N/mm2 ， N/mm2 N/mm2 5．結(jié)構(gòu)分析題 9-34 存在問題： 1〕軸右端的帶輪不能通過套筒用端蓋軸向定位，轉(zhuǎn)動零件與固定零件不能接觸。 2〕軸與右端蓋之間不能接觸，應有間隙，并有密封措施。 3〕齒輪兩側(cè)都是軸環(huán)，無法安裝到位。 4〕齒輪上的鍵槽沒打通，且深度不夠。這樣的結(jié)構(gòu)，鍵槽無法加工，也無法裝配。 5〕右軸承的右側(cè)軸上應有工藝軸肩，軸承裝拆路線長〔精加工面長〕，裝拆困難。 6〕因軸肩過高，兩個軸承拆卸困難。 7〕軸上有兩個鍵，兩個鍵槽不在同一母線上。 題9-34圖2 8 / 8