机械设计题库13_轴

1、机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST 轴轴 一一 选择题选择题 (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b的应力循环特性为 A 。 A. r = - 1 B. r = 0 C. r = +1 D. - 1 ，强度最高的是ba 。 KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST (a) (b) 图15- 4 (28) 如图 15- 5所示起重机卷筒的(a)、(b)、(c)、(d)四种万案，试分析比较: (a) 方案是心轴， (c) 方案为转轴; 从轴的应力看， (a) 方案受应力较小， (d) 方案受应力较大; 从制造装配工艺来看， (a) 方案较好; (a) 方案安装维护最方便。 图15- 5 KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST

2、 (29) 如图15- 6所示为轴上零件的两种布置方案，功率由齿轮A输入，齿轮1输出扭矩1T，齿轮2输出扭矩2T，并且21TT ，试比较两种布置方案各段轴所受的扭矩是否相同。 不同 (a) (b) 图15- 6 (30) 一根光轴跨距不变，其他条件不变，仅将轴径由d增至d2，则轴的强度为原来强度的32倍，轴的刚度为原来刚度的42倍。 (31) 提高轴抗疲劳强度的使用较多的表面处理方法有 高频淬火；表面渗碳、氨化、氮化、碾压、喷丸等强化处理。 (32) 工作转速超过一阶临界转速的轴称为 挠性轴 。 (33) 毡圈密封和密封圈密封均属于 接触式密封 。 (34) 动密封可分为 接触式密封 和 非接触式密封 两大类。 (35) 接触式密封是利用 密封件的弹性变形力使密封件与接合表面紧密接触 来达到密封效果的。 (36) 常用的非接触式密封有 油沟 、 挡油盘 、 甩油盘 以及 迷宫式 密封等几种。 (37) 迷宫式密封的主要优点是 无磨损，且适用于速度较高的场合 。 三三 是非题是非题 (1) 轴的强度计算中，安全系数校核就是疲劳强度校核，即计入应力集中、表面状态和尺寸影响以后的精确校核。

3、(T) (2) 轴的结构设计中，一般应尽量避免轴截面形状的突然变化。宜采用较大的过渡圆角，也可以改用内圆角、凹切圆角。 (T) (3) 实际的轴多做成阶梯形，这主要是为了减轻轴的重量，降低制造费用。 (F) (4) 承受弯矩的转轴容易发生疲劳断裂，是由于其最大弯曲应力超过材料的强度极限。 (F) (5) 按扭转强度条件计算轴的受扭段的最小直径时，没有考虑弯矩的影响。 (F) KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST (6) 中碳钢制造的轴改用合金钢制造，无助于提高轴的刚度。 (T) (7) 合金钢的力学性能比碳素钢高，故轴常用合金钢制造。 (F) (8) 发生共振时轴的转速称为轴的临界转速，它是轴系结构本身所固有的，因此应使轴的工作转速避开其临界转速。 (T) (9) 固定不转动的心轴其所受的应力不一定是静应力。 (T) (10) 转动的心轴其所受的应力类型不一定是对称循环应力。 (T) (11) 为提高轴的刚度，一般采用的措施是用合金钢代替碳钢。( F ) (12) 毡圈密封装置的毡圈及轴承盖上的装毡圈槽都是矩形截面，目的是为了得到较好的密封效果。 (F) (1

4、3) 唇形密封圈装置采用两个油封相背放置，主要起到既可防漏油又可防外界灰尘进人的双重目的。 (T) 四四 简答题简答题 (1) 自行车的前轴、中轴和后轴各属于哪类轴?请说明理由。 答：由于自行车的前轴和后轴需要克服轮对轴产生的滚动摩擦力矩很小，所受的转矩可以忽略，而弯矩是主要的载荷，所以应该是心轴。前轴为不转动的心轴，而后轴为转动的心轴。而自行车的中轴一方面需要克服车轮对地的摩擦力，从而驱动车轮转动，因此受转矩作用；同时，中轴还受有链轮对轴的作用力和踏脚力以及由此引起的弯矩，因此中轴应该是转轴。 (2) 为何大多数轴呈阶梯形? 答：主要是为了便于零件在轴上的装拆和固定，同时也有利于节省材料、减轻重量、便于加工。 (3) 零件在轴上进行周向固定时，可采用哪些方法? 答：可采用键连接、花键连接、销连接和过盈连接等方法。 (4) 零件在轴上进行轴向固定时，可采用哪些方法? 答：可采用轴肩、轴环、套筒、锁紧挡圈、弹性挡圈、轴端挡圈、圆螺母、锥形轴端等方法。 (5) 当量弯矩计算公式()22TMMca+=中的含义是什么? 答：为考虑弯曲应力和扭剪应力的循环特性不同而引人的应力校正系数。 (6)

5、设计轴肩高度h和轴的圆角半径r时，应注意什么问题? 答：为使轴上零件与轴肩端面靠紧，应保证轴的圆角半径r、轴肩高度h与零件毂孔倒角高度C或圆角半径R之间满足如下关系：hRrhCr2T，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)，1maxTT=；按答图 1(b)，21maxTTT+=。 答图 1 (10) 图 15- 8 为起重机卷筒轴的四种结构方案，试比较： 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? KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST 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)

6、 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=带i方案(b)开式齿轮传动传动比开i。) 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。 KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST (13) 轴的强度计算公式()22TMMca+=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， 3 . 011=+bb 当转矩脉动时， 6 . 011=bb 当频繁正、反转时， 111=bb 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：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

7、- 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d，此处的挠度和扭角为y、。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d2。 2) 将轴各部分长度1L、2L、3L各减少 50。 3) 轴的材料改为 40Cr 钢。 KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST 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lhb如何确定? 答：普通平键的失效形式是键、轴槽和毂槽

8、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。 b和h按轴径d查取。 L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? KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST 答：圆头和半圆头普通平键在槽中固定良好，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o180的位置，采用两个楔键时相隔o120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 五五 计算题计算题 (1) 根据图 15- 14 数据，试确定杠杆心轴的直径d。已知手柄作用力NF2501=，尺寸如图示，心轴材料用 45 钢，MPa601=。 图 15- 14 KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 20

9、10KUST 解： FF1008001=，所以18FF = 作用于轴的力119FFFF=+=总轴上所受的弯矩为mmNFM=80250980总已知 45 钢,311 . 0,60dWMPa=, 所以 mmMd07.31601 . 0802509 1 . 0331=(2) 某铁路货车，一节车厢及其货物总重kNW480=，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mm210。考虑偏载等因素，计算轴强度时，应将载荷乘以载荷系数3 . 1=K。车轴材料为 45 钢，MPa601=，试确定车轴 AA 截面直径。 图 15- 15 解：先求出未知力 8WF =。 画出弯矩图，则2108=WM，即 13 . 1=WMb因为轴为 45 正火，32,6031dWMPa=。 解得 mmd62.140 (3) 已知一传动轴，传递功率为kW37，轴的转速min/960rn =，若轴上许用扭应力T不能超过MPa40，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)。 KUST 机械设计（基础）习题试题含答案汇编 2010KUST 解：1） T TTdnPWT =362 . 01055. 9所以 83.35402 . 0960371055. 92 . 01055. 9 3636= = TnPd2） 8 .

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