四川大学机械设计考研练习题轴部分.doc

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1、轴一 选择题(1) 增大轴肩过渡处的圆角半径，其优点是 D 。 A. 使零件的周向定位比较可靠 B. 使轴的加工方便C. 使零件的轴向固定比较可靠 D. 降低应力集中，提高轴的疲劳强度(2) 只承受弯矩的转动心轴，轴表面一固定点的弯曲应力是 C 。 A. 静应力B. 脉动循环变应力C. 对称循环变应力 D. 非对称循环变应力(3) 转轴弯曲应力的应力循环特性为 A 。 A. r = -1 B. r = 0 C. r = +1 D. -1 r ，试比较两种布置方案各段轴所受的扭矩是否相同?图15-7答：按答图1(a)，；按答图1(b)，。答图1(10) 图15-8为起重机卷筒轴的四种结构方案，试

2、比较：1) 哪个方案的卷筒轴是心轴?哪个是转轴?2) 从轴的应力分析，哪个方案轴较重?哪个方案轴较轻?3) 从制造工艺看，哪个方案较好?4) 从安装维护方便看，哪个方案较好?图15-8答：1) (a)、(b)、(c)是心轴，(d)是转轴；2) (b)、(d)较重，(a)、(c)较轻；3) (c)较好；4) (b)、(d)方便。 (11) 图15-9的带式运输机有两种传动方案，若工作情况相同，传递功率一样，试比较： 1) 按方案(a)设计的单级减速器，如果改用方案(b)，减速器的哪根轴的强度要重新核验?为什么?2) 两方案中，电动机轴受力是否相同? (方案(a)普通V带传动传动比方案(b)开式齿

3、轮传动传动比。)图15-9 答：1) 方案(b)中一级大齿轮所在的轴 2) 若不计摩擦，应为相同。(12) 在同样受载情况下，为什么轴上有键槽或有紧配合零件的阶梯轴，其最大直径要比等径光轴直径大?答：应力集中和表面质量，以及安装、定位的要求。(13) 轴的强度计算公式中，的含意是什么?其大小如何确定?答：是根据扭矩性质而定的折算系数： 对于不变的转矩， 当转矩脉动时， 当频繁正、反转时， 若转矩的变化规律不清楚，可按脉动处理(14) 图15-10为某传动系统的两种布置方案，若传递功率和各传动件的参数及尺寸完全相同，减速器主动轴受力大小或方向有何不同?按强度计算两轴的直径是否相同?图15-10答

4、：图15-10(a)减速器主动轴上受力均为一个方向；图15-10(b)减速器主动轴上受力方向相反。按强度计算，图15-10(a)直径大。(15) 齿轮轴为40钢，用一对6207轴承支承，如图15-11所示，已知装齿轮处轴的直径为，此处的挠度和扭角为、。问：以下各措施是否均能减小挠度和扭角，从提高轴系刚度角度看，哪个方案效果显著?1) 轴的直径增大到。 2) 将轴各部分长度、各减少50。 3) 轴的材料改为40Cr钢。图15-11答：1) 挠度减小116，扭转角减小116； 2) 挠度减小18，扭转角减小12 3) 无改变。方案1)效果显著。(16) 试分析在同样工作条件下，轴承采用向心推力球轴

5、承，轴承正装与反装对轴系刚度的影响。1) 如图15-12(a)所示，载荷作用在支点跨距以外，为了提高轴系刚度，轴承应该正装还是反装?2) 如图15-12(b)所示，载荷作用在支点跨距以内，要提高轴系刚度，轴承应该正装还是反装?图15-12答：1）反装；2)正装。(17) 平键连接有哪些失效形式?平键的尺寸如何确定?答：普通平键的失效形式是键、轴槽和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃。导向平键连接的主要失效形式是工作面的磨损。 和按轴径查取。 按标准查取，但比轮毂长度略短。(18) 圆头、方头及单圆头普通平键各有何优缺点?分别用在什么场合?轴上的键槽是怎样加工的?答：圆头和半圆头普通平键在槽中固定

6、良好，但轴槽端部的应力集中较大。半圆头适合于轴端。圆头和半圆头普通平键轴上的键槽是用指状铣刀加工。方头普通平键轴槽端部应力较小，但要用螺钉把键固定在键槽中。其轴槽是用盘形铣刀加工的。(19) 如图15-13所示，为何采用两个平键时，一般设置在同一轴段上相隔的位置，采用两个楔键时相隔左右，采用两个半圆键时，则常设置在轴的同母线上?图15-13答：上述布置是从尽量减小对轴的强度的削弱考虑的，同时又考虑了各类键的特点五 计算题 (1) 根据图15-14数据，试确定杠杆心轴的直径。已知手柄作用力，尺寸如图示，心轴材料用45钢，。解： ，所以作用于轴的力轴上所受的弯矩为已知45钢, 所以 图15-14(

7、2) 某铁路货车，一节车厢及其货物总重，车厢由四根轴八个车轮支承，作用于每根轴上的力如图15-15所示，该力钢轨中心线约。考虑偏载等因素，计算轴强度时，应将载荷乘以载荷系数。车轴材料为45钢，试确定车轴AA截面直径。解：先求出未知力 。画出弯矩图，则，即 因为轴为45正火，。 解得 图15-15(3) 已知一传动轴，传递功率为，轴的转速，若轴上许用扭应力不能超过，传动轴的直径应为多少?要求：1) 按实心轴计算。2) 按空心轴计算，内外径之比取0.8、0.6、0.4三种方案。3) 比较各方案轴质量之比(取实心轴质量为1)。解：1） 所以 2） 3） 时，设取长度为，相对密度，实心轴 从质量上来看

8、，从轻到重的顺序为，内径比0.8、0.6、0.4，实心轴。(4) 有一台离心风机，由电动机直接带动，电动机轴传递功率为,轴的转速，轴用45钢正火，。试按许用扭剪应力计算轴的直径。解：轴的材料为45正火，则由公式 考虑轴上有一键槽，直径加大5，取。 (5) 图15-16减速器的低速轴与凸缘联轴器及圆柱齿轮之间分别有键连接。已知轴传递的扭矩，齿轮材料为锻钢，凸缘联轴器材料为HT200，工作时，有轻微冲击，连接处轴及轮毂尺寸如图示。试选择键的类型和尺寸，并校核其连接强度。图15-16 图15-17 解：齿轮处选用A型普通平键。查表取，取。联轴器处：，取。齿轮处：，查表，即 ，即齿轮处键的强度足够。联

9、轴器处：查表，即,即联轴器处满足键的强度要求。(6) 图15-17为在直径的轴端安装一钢制直齿圆柱齿轮，轮毂长，工作时有轻微冲击。试确定平键连接尺寸，并计算其传递的最大扭矩。解：查表，。设齿轮材料为锻钢，则 所以 (7) 图15-18为圆锥式摩擦离合器，已知传递功率，承受冲击载荷，转速，离合器材料为铸钢，轴径，右半离合器的轮毂长。试选择右半离合器的键连接类型及尺寸，并作强度校核。图15-18解：由，查得键的，轮毂长，取。 查表，,故不满足要求。六 结构设计与轴系结构综合题(1) 指出下列图15-19中各轴系结构设计的错误。(a) (b)图15-19答：(1) 答图2a中轮毂两边都被轴环挡住是错

10、误的，这样齿轮装不进去；轮毂与轴之间应有键联接，与轮毂配合段轴头长度应小于轮毂的宽度。答图2b中联轴器应为通孔，与轴头之间应有键联接；轴应有台阶靠住联轴器端面，使联轴器轴向定位。(a) (b)答图2(2) 试指出图15-20所示圆柱齿轮轴系中的结构错误，并画出正确的结构图(齿轮油润滑，轴承脂润滑)。图15-20 答图3答：见答图3 (3) 图15-21所示为小锥齿轮轴系部件结构图(小锥齿轮与轴一体，为齿轮轴)。试改正图中不合理或错误的结构，并简述原因。图15-21答：见答图4答图4右轴承内圈右端面是固定面，可用圆螺母加止动垫片，螺纹外径略小于轴承内径。轴上所加螺纹段右边一段轴段穿过透盖，该段轴

11、径应小于螺纹内径；透盖与轴之间应有间隙，且应有密封毡圈；两轴承内圈之间的轴径应小于轴承内径；两轴承外圈之间的套筒内径应小于轴承外径，形成轴承外圈定位凸肩；左轴承内圈左侧轴肩过高，应减至内圈高的2/3左右；套杯凸缘不应在左边，应在右边。箱体孔的中部直径应加大，以减少精加工面；透盖与套杯配合段过长，透盖与右轴承外圈之间应有较大的间隙；套杯凸缘与箱体间应有调整垫片、套杯凸缘与透盖间应有调整垫片；轴的右端及透盖外圆外侧应有倒角。(4) 指出图15-22所示圆锥齿轮减速器中输入轴系(即小圆锥齿轮轴)结构上的错误。图15-22答：按照前述结构查错的要点，可知小圆锥齿轮轴系结构主要有如下错误： 1) 圆锥齿

12、轮应与轴用键联接； 2) 圆锥齿轮外端应有固定挡盘(因此，与锥齿轮相配合的轴头段长度应略小于齿轮轮毂长度)，同时齿轮内端定位轴肩过高而使齿轮拆卸困难； 3) 右轴承无法接入； 4) 套杯右端应有内台阶，以承受右轴承上的轴向力； 5) 轴中间过渡段直径过大，应使轴肩低于轴承内圈的高度；6) 左轴承的外圈与轴承端盖间轴向间隙过大； 7) 轴承端盖(透盖)与相应轴段处应有密封元件； 8) 套杯左端凸缘与箱体贴合面处应有调整齿轮啮合间隙用的调整垫片； 9) 套杯内孔中段应挖出一段凹槽，既减少了精加工长度，又使右轴承易于装拆； 10) 套杯与箱体孔配合的外径部分最好在中段切出一段凹槽(亦可在箱体座孔的中

13、段切凹槽)，以减少精加工的配合面，也便于整个齿轮轴系组件的装拆。 (5) 图15-23所示的减速器输出轴，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。指出其中的结构错误，并说明原因。(指出5处即可)图15-23答：如答图5所示。答图5 错误1：键轴上两个键槽不在同一母线上； 错误2：左轴承盖与轴直接接触； 错误3：左轴承盖与箱体无调整密封垫片；错误4：轴套超过轴承内圈定位高度； 错误5：齿轮所处轴段长度过长，出现过定位，齿轮定位不可靠；错误6：键顶部与轮毂接触； 错误7：无挡油盘； 错误8：两轴承盖的端面处应减少加工面。(6) 试画出图15-24斜齿圆柱齿轮减速器低速级输出轴的轴系结构装配图，要求画出箱体位置

14、和联轴器位置。已知：1) 轴承型号均为6412深沟球轴承。2) 齿轮参数：，,，右旋，齿宽。3) 联轴器型号：HL5联轴器55112GB 5014-85。图15-24答案：略(7) 画出平键和楔键的结构并说明工作原理。答：平键的两侧面为工作面，工作时两侧面受到挤压。(答案无图)楔键的上、下面分别与毂和轴上键槽的底面贴合为工作面，键的上表面及相配的轮毂键槽底面各有1:100的斜度。装配时把楔键打入键槽内，其上、下表面产生很大压力，工作时靠此压力产生的摩擦力传递转矩，还可传递单向轴向力。(8) 指出如图15-25、图15-26所示齿轮系结构中标号处的错误性质，轴承用油脂润滑。图15-25图15-2

15、6答：图15-25答案： 应设密封圈并留间隙 套筒不可同时接触内、外圈 轮毂应比轴段长1-2mm 联轴器应给定位台阶 应有键作周向定位 此处不必卡圈固定内圈 轴承内圈装入应有台阶 联轴器应为通孔，且应有轴端挡圈固定 箱体装盖应有加工凸台并加垫片 轴环高不能超过内圈厚度 键太长，套筒不可起定位 轴承盖凸缘内应切倒角槽 13应加挡油圈图15-26答案： 轴承外圈端线未画出 齿轮左端面无轴向固定，如可加套筒 螺钉联接画法错误 轴上两键槽应位于一条线上 齿轮啮合处画法错误 轴承外圈线漏画 止口不易加工没必要 轴和内圈无定位台阶 轴段应比轮宽短1-2mm 轴段应短于半联宽度，以便压紧 应有加工凸台与垫片

16、 应加密封圈、并留间隙 轴环右端不应超过内圈高的23 应有加工凸台与垫片 端盖右端中部应下凹减少加32 座孔处应有甩油环 齿轮右端面无轴向定位，应加定位轴肩 为便于加工与安装应做成阶梯轴(9) 如图15-27所示齿轮轴系结构图，已知轴承用脂润滑，试找出图15-27中设计上的错误，并加以改正。图15-27答：本题圆锥齿轮轴系结构的合理设计如答图6和答图7所示。其主要错误有：答图6 小锥齿轮轴支承结构之一 答图7 小锥齿轮轴支承结构之二 轴外伸处应有定位台阶； 轴承端盖处无垫片，加上也不能起调整作用； 内圈安装困难，轴段应短于内圈宽； 轴承盖超过外圈，有碍储油脂； 套杯起不到调节轴向位移位置； 套杯及座孔的中部应考虑减少加工量； 两个外圈均无定位设施； 左轴承无法安装； 轴环高度超过内圈厚度23： 套杯应设止口，以定位外圈： 圆螺母外径压不住齿轮端面； 轴及轮上键槽未开通： 应设置挡油圈： 整根轴向左无定位，会窜动。(10) 从轴系的定位、调整、配合及润滑等方面对图15-28蜗杆轴系结构进行分析，指出图15-28中所存在的错误。图15-28 外伸端应有定位台阶 承盖嵌入凸台超定位 轴肩超过内圈厚度23 图中挡油圈画法欠妥 轴承外圈左端应有定位 装轴承段应短于轴承宽且应有砂轮越程槽 圆螺母应加止动垫片 箱外壁应有加工凸台 18