机械设计15轴解析
- 格式：pps
- 大小：1.97 MB
- 文档页数：41
下载文档原格式
合集下载
机械设计课后习题答案及解析
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 012σσσΦσ-=- σΦσσ+=∴-121MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
15幅机械结构动图,看不晕的才是牛人
15幅机械结构动图，看不晕的才是牛人来自越南的设计师Nguyen Duc Thang使用Inventor绘制了经典的机械结构，并将其制作为动态仿真视频，这些机械结构有利于大家直观的了解机械。
1、单人水车解析：四脚连杆（灰色踏板，绿色连杆和粉红色曲轴）用于将脚踏振动转换为螺旋桨的旋转。
如果连杆处于死点位置，则顺时针方向稍微转动粉红轮。
蓝色车把用于控制蓝色方向舵。
2、双人水车解析：四脚连杆（黄色左踏板，绿色连杆和粉红色曲轴）用于将脚踏振动转换成螺旋桨的旋转。
如果连杆处于死点位置，则顺时针方向稍微转动粉红轮。
蓝色车把用于控制蓝色方向舵。
两个黄色踏板通过紫罗兰连杆连接在一起，形成平行四边形机构。
3、脚动力船解析：四脚连杆（灰色踏板，绿色连杆和粉红色曲轴）用于将脚踏振动转换为螺旋桨的旋转。
如果连杆处于死点位置，则顺时针方向稍微转动粉红轮。
蓝色车把用于控制蓝色方向舵。
只有粉红色螺旋桨的下部被浸没在水中，所以螺旋桨推力不会使船直行。
使用蓝色方向舵保持船直行。
增加相反叶片方向和相反旋转方向的第二同轴螺旋桨可以保持直线，但是它太复杂。
4、双人简易脚力船解析：它是两人座最简单的脚动力船。
驱动力直接作用于传动轴。
5、特殊图形绘制结构解析：橙色曲线是紫色曲线在粉红色圆圈对称的一个。
双滑块曲柄机构确保从紫色和橙色曲线到粉红色圆形沿其径向方向的距离始终相等。
它可以用于蛋糕装饰。
6、复杂特殊图形绘制结构解析：蓝色曲线是在粉红色圆圈上移动的点上的橙色曲线的对称一个。
蓝色双曲柄的曲柄半径相等。
它可以用于蛋糕装饰。
7、反向180度的筒形凸轮（一）解析：输入部分是两根长销的绿色轴定期旋转。
输出部分是两个交叉的螺旋槽的粉红色凸轮轴，在其行程端部具有驻留槽。
摆动角度为180度。
输入的弧线用于在其驻留期间保持输出不动。
注意销的椭圆部分，当销在螺旋槽的交叉处时，有助于输出稳定旋转。
销部椭圆的长轴在销移动所沿的槽的方向上。
8、反向180度的筒形凸轮（二）解析：输入部分是粉红色轴定期旋转。
《机械设计基础》第15章 滑动轴承
τ
P＋dp τ＋dτ
雷诺耳实验（1883年）——层流与湍流的现象
雷诺方程：
h0 - h dp = 6ηv dx h3
其中：p——油膜压力 η——润滑油粘度 V——速度 h——间隙厚度（油膜厚度） h0——油膜压力为极限值时的间隙厚度
分析雷诺方程：
（1）当相对运动的两表面 形成收敛油楔时。即能保 证移动件带着油从大口走 u 向小口。 o
形成动压润滑的条件： （1）相对运动的两表面形成收敛油楔时。 （2）两表面必须有一定的相对速度。
（3）润滑油必须有一定的粘度，并供油充分。
（4）油膜的最小厚度应大于两表面不平度之和。
例：试判断下列图形能否建立动压润滑油膜？
v v v v
向心滑动轴承形成动压油膜的过程：
F F FF F
o
o1 o1 o o1 1 o1
润滑脂 （黄油） 固体润滑剂
钙基、钠基、铅基、锂基等。
石墨、二流化钼、聚氟乙烯树脂等 （用于高温下的轴承）。
空气、氢气等（只用于高速、高 温以及原子能工业等特殊场合）
气体润滑剂
●润滑剂的主要指标：
（1） 粘度——是润滑油最重要的物理性能指标，是选择润滑 油的主要依据，它标志着流体流动时内摩擦阻 力的大小。粘度越大，内摩擦阻力越大，即流 动性越差。 （2）凝点——是润滑油冷却到不能流动时的温度。凝点越低越好。 （3） 闪点——是润滑油在靠近试验火焰发生闪燃时的温度。 闪点是鉴定润滑油耐火性能的指标。在工作温度 较高和易燃环境中，应选用闪点高于工作温度 20°~30°C的润滑油。 （4） 油性——是指润滑油湿润或吸附在表面的能力。吸附能力 越强，油性越好。 （5） 滴点——是指润滑脂受热后开始滴落时的温度。润滑脂使 用工作温度应低于滴点20°~30°C，低于40°~ 60°更好。 （6）针入度（稠度）——是表征指润脂稀稠度的指标。针入度越 小，表示润滑脂越稠；反之，流动性越大。
机械工艺夹具毕业设计15半轴机械加工工艺及工装设计
半轴机械加工工艺及工装设计专业名称：机械设计制造及其自动化班级：学生姓名：指导教师：摘要：半轴是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，它是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，在进行半轴的工艺和工装设计时，首先对半轴的工艺性进行了详细的分析，设计出了加工的工艺过程，根据加工要求设计专用夹具设计，一付是用来车削半轴的外圆，一付是用来钻削半轴圆盘上均匀分布的小孔，在设计中注意的夹具的经济性和使用性，尽量降低加工时的成本，减少工人的劳动强度，除此还进行了组合量具的设计，用来检查6个均匀分布的小孔的位置度公差。
关键词：工艺工装设计夹具设计组合量具设计Abstract：The half stalk is in automotive stalk the acceptance twist the biggest spare parts of sqire , it is bad soon machine and drive the round of delivers to twist the of solid stalk, it inside carry generally pass to spend the key and half stalk wheel gears to connect, carry outside with a conjunction, that spare parts is in the machine equipments have to spread to move sex, at carry on the half stalk of craft and work equip to account, the half axial craft carried on the detailed analysis first, designing processed craft process, according to process to request to design the appropriation tongs design, a pay is to use to come to car to pare the outside circle of the half stalk, on pay is use to drill to pare a dish of the half stalk up even distribute of eyelet, in the design the economy of the advertent tongs and usage, as far as possible lower to process of cost, reduce the worker of labor strength, in addition to this still carried on the design that the combination quantity have, use to check 6 even distribute of a business trip of position of the eyelet.Key Words：The craft work packs the design The tongs design Combine the quantity has the design文献综述夹具设计综述一前言在机械制造中，为完成需要的加工工序、装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。
机械设计第15章轴
轴的尺寸和公差对于安装和使用的准确性 至关重要。
轴与轴套之间的配合对于减小磨损和提高 工作效率非常重要。
轴的强度计算
1
受弯强度
根据轴的几何形状和材料弯曲的强度
扭转强度
2
工程计算。
根据扭矩和轴直径计算轴的扭转强度。
3
受压强度
计算轴在受到压缩力时的强度。
轴的选材原则
1 强度
根据所需强度和负荷条件选择材料。
机械设计第15章轴
轴是机械设计中重要的组件之一，它承受着传递功率和运动的重要任务。本 章将介绍轴的定义、作用以及相关的设计要素和计算方法。
轴的定义和作用Leabharlann 1 定义2 作用轴是一种旋转零件，通常为圆柱形，在机 械中用于传递力和运动。
轴将两个或多个旋转零件连接在一起，传 递动力和承载负载。
轴的分类
按用途分类
3 耐蚀性
在有腐蚀性环境中选择耐蚀性材料。
2 硬度
根据工作环境选择合适的材料硬度以提高 耐磨性。
4 成本
综合考虑材料成本及可用性选择合适的材 料。
轴的制造工艺
1 车削
2 热处理
利用车床和刀具将轴的外形和尺寸加工至 工程要求。
通过热处理工艺改变材料的组织和性能。
3 表面处理
4 装配和检验
对轴进行镀铬、镀锌等表面处理以提高其 耐腐蚀性和装饰性。
传动轴、支撑轴、定位轴等。
按制造材料分类
钢制轴、铜制轴、铝制轴、复合材料轴等。
按工作环境分类
常温轴、高温轴、低温轴、湿环境轴等。
按形状分类
圆轴、方轴、花键轴等。
轴的设计要素
1 刚度
2 强度
轴的刚度对于传递正常工作负荷至关重要。
第五版机械设计课后答案解析[完整版]
![第五版机械设计课后答案解析[完整版]](https://img.taocdn.com/s1/m/3e38b736fad6195f312ba6fc.png)
-53.231
-62.577
-65.797
0
-83.333
-83.333
-83.333
-83.333
总转角
240°
255°
270°
285°
300°
315°
330°
345°
位移 (mm)
15
8.438
3.75
0.938
0
0
0
0
速度 (mm/s)
-100
-75
-50
-25
0
0
0
0
加速度（ mm/s 2 ）
计算可得：
或：
代入公式（ 2-3 ）′，可知
题 2-6解：因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不
给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18 ）：
（ 1 ）求 ， ；并确定比例尺 。
（ 2 ）作 ， 。（即摇杆的两极限位置）
（ 3 ）以 为底作直角三角形 ， ， 。
总转角
0°
15°
30°
45°
60°
75°
90°
105°
位移 (mm)
0
0.734
2.865
6.183
10.365
15
19.635
23.817
速度 (mm/s)
0
19.416
36.931
50.832
59.757
62.832
59.757
50.832
加速度（ mm/s 2 ）
65.797
62.577
53.231
机械设计课后习题答案
1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
-62.577
-65.797
0
-83.333
-83.333
-83.333
-83.333
总转角
240°
255°
270°
285°
300°
315°
330°
345°
位移 (mm)
15
8.438
3.75
0.938
0
0
0
0
速度 (mm/s)
-100
-75
-50
-25
0
0
0
0
加速度（ mm/s 2 ）
计算可得：
或：
代入公式（ 2-3 ）′，可知
题 2-6解：因为本题属于设计题，只要步骤正确，答案不唯一。这里给出基本的作图步骤，不
给出具体数值答案。作图步骤如下（见图 2.18 ）：
（ 1 ）求 ， ；并确定比例尺 。
（ 2 ）作 ， 。（即摇杆的两极限位置）
（ 3 ）以 为底作直角三角形 ， ， 。
总转角
0°
15°
30°
45°
60°
75°
90°
105°
位移 (mm)
0
0.734
2.865
6.183
10.365
15
19.635
23.817
速度 (mm/s)
0
19.416
36.931
50.832
59.757
62.832
59.757
50.832
加速度（ mm/s 2 ）
65.797
62.577
53.231
机械设计课后习题答案
1-1至1-4解机构运动简图如下图所示。
轴强度计算公式(机械设计)
危险截面？
直径小当量弯矩大的截面
例题： 1 .作计算简图，求轮齿上的作用力 Ft=2T/d=2×1.83×106/348=10500N Fr Ft tg n / cos
10500 tg20o / cos12o15 3900N Fa Ft tg 10500 tg12o15 2280N
拉
按弯曲强度计算→正确选择［ b ］→表(15-1)
二.传动轴－只受转矩→按扭转强度计算
1.受力分析： 由Ｔ→τＴ ①轴单向传动： Ｔ→τＴ→ｒ＝０（开停） ②轴双向传动： Ｔ→τＴ→ｒ＝－１
2.强度计算 →按扭转强度计算(估算轴的最小直径) T T T T Mpa 3 WT 0 .2 d
c
2 .求作支反力及弯矩图 H面：
RBH=FtC/(b+C)=10500×180/(110+180) =6520N RCH=Ft－RBH=10500-6520=3980N
M1H=RBH×b=6520×110=717000Nmm
V面: RBV×(b+C) －Fr×C－Ma=0 RBV=(Fr×C+Fa×d/2)/(b+C)=3790N RCV=Fr－RBV=111N M′1V=RBV×b=3790×110=416900Nmm M″1V=RCV×C=111×180=19980Nmm 合成弯矩M：
小
结
1、轴的功用及分类（按载荷性质） 2、轴的结构设计 3、轴的强度计算（转轴）
M M H MVห้องสมุดไป่ตู้
2
2
2
M ca M (T )
α系数的物理意义和取值
2
60 60+B/2 60 60
55
机械基础-案例15 键的选择计算
键的选择计算对于键连接，首先选择键的类型，决定键和键槽的剖面尺寸，然后校核键连接的强度。
在设计轴时已初选轴承为滚子轴承，现只需计算校核。
1、输入轴与电动机轴采用平键连接根据轴径d1=28mm，l1=58，可选用A型平键，由《机械设计》表6-1得：b ×h×L=8×7×44，即：键7×44GB/T1096-2003。
键、轴和联轴器的材料都是钢，由表6-2查的许用应力[σp]=100~120MPa，取其平均值110MPa。
键的工作长度：l=L-b=44-8=32mm，键与联轴器接触高度k=0.5h=3.5mm，则σp=kld 3110T2⨯=15.63 MPa<[σp]所以此键强度符合设计要求2、输出轴与联轴器连接采用平键连接根据轴径d1=50mm，l1=82，可选用A型平键，得：b×h×L=14×9×70即：键9×70GB/T1096-2003。
键、轴和联轴器的材料都是钢，键的工作长度：l=L-b=70-14=56mm，键与联轴器接触高度k=0.5h=4.5，则：σp=kld 3210T2⨯=96.25 MPa<[σp]所以此键强度符合设计要求。
3、输出轴与蜗轮连接用平键连接根据轴径d4=65，l4=81，可选用A型平键，得：b×h×L=18×11×60，即：键11×60GB/T1096-2003，键、轴和联轴器的材料都是钢，键的工作长度：l=L-b=60-18=42mm，键与联轴器接触高度k=0.5h=5.5，则：σp=kld 3210T2⨯=94.45 MPa<[σp] 所以此键强度符合设计要求。
【机械设计基础】(第五版)课后习题答案15-18章答案
【机械设计基础】(第五版)课后习题答案15-18章答案15-1答滑动轴承按摩擦状态分为两种：液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。
液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。
根据油膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承。
非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两表面完全隔离，其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。
15-2解（1）求滑动轴承上的径向载荷（2）求轴瓦宽度（3）查许用值查教材表15-1，锡青铜的，（4）验算压强（5）验算值15-3解（1）查许用值查教材表15-1，铸锡青铜ZCuSn10P1的，（2）由压强确定的径向载荷由得（3）由值确定的径向载荷得轴承的主要承载能力由值确定，其最大径向载荷为。
15-4解（1）求压强（5）求值查表15-1，可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3 ，15-5证明液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和速度梯度之间有如下关系：轴颈的线速度为，半径间隙为，则速度梯度为磨擦阻力摩擦阻力矩将、代入上式16-1解由手册查得6005 深沟球轴承，窄宽度，特轻系列，内径，普通精度等级（0级）。
主要承受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷；可用于高速传动。
N209/P6 圆柱滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径，6级精度。
只能承受径向载荷，适用于支承刚度大而轴承孔又能保证严格对中的场合，其径向尺寸轻紧凑。
7207CJ 角接触球轴承，窄宽度，轻系列，内径，接触角,钢板冲压保持架，普通精度等级。
既可承受径向载荷，又可承受轴向载荷，适用于高速无冲击, 一般成对使用，对称布置。
30209/P5 圆锥滚子轴承，窄宽度，轻系列，内径，5级精度。
能同时承受径向载荷和轴向载荷。
适用于刚性大和轴承孔能严格对中之处，成对使用，对称布置。
16-2解室温下工作；载荷平稳，球轴承查教材附表1，（1）当量动载荷时在此载荷上，该轴承能达到或超过此寿命的概率是90%。
机械设计作业集第15章答案
第十五章 轴一、选择题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3nPC d ≥， C 。
A 只考虑了轴的弯曲疲劳强度 B 考虑了弯曲、扭转应力的合成 C 只考虑了扭转应力D 考虑了轴的扭转刚度15—5 轴的强度计算公式22)(T M M e α+=中，α是 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C 45°,则要求 A 。
A r<C<hB r=C=hC r>C>hD 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。
濮良贵第九版版机械设计习题答案及解析
第三章 机械零件的强度习题答案3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 012σσσΦσ-=- σΦσσ+=∴-121MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-3一圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
材料为40CrNi ，设其强度极限σB =900MPa ，屈服极限750MPa s σ=试计算周健的弯曲有效应力集中系数k σ。
[解] 因1.16D d =，0.048rd=，查附表3-2，插值得 1.995σα=，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()k 1110.78 1.9951 1.896σσσq α=+-=+⨯-=3-4圆轴轴肩处的尺寸为：D =54mm ，d =45mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB=420MPa ，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得0.7σε=；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则k 11 1.691111 2.510.70.911σσσσq K εββ⎛⎫⎛⎫=+-=+-⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()()170141.670,,260,0,141.67,2.51 2.51A C D ∴ 根据()()()0,67.73,260,0,141.67,56.44A C D 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
机械设计(第八版)课后习题答案及解析(最新_参考答案及解析)
3-1某材料的对称循环弯曲疲劳极限MPa 1801=-σ，取循环基数60105⨯=N ，9=m ，试求循环次数N 分别为7 000、25 000、620 000次时的有限寿命弯曲疲劳极限。
[解] MPa 6.373107105180936910111=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 3.324105.2105180946920112=⨯⨯⨯==--N N σσN MPa 0.227102.6105180956930113=⨯⨯⨯==--N N σσN 3-2已知材料的力学性能为MPa 260=s σ，MPa 1701=-σ，2.0=σΦ，试绘制此材料的简化的等寿命寿命曲线。
[解] )170,0('A )0,260(C 012σσσΦσ-=- σΦσσ+=∴-121MPa 33.2832.0117021210=+⨯=+=∴-σΦσσ得)233.283,233.283(D '，即)67.141,67.141(D '根据点)170,0('A ，)0,260(C ，)67.141,67.141(D '按比例绘制该材料的极限应力图如下图所示3-4 圆轴轴肩处的尺寸为：D =72mm ，d =62mm ，r =3mm 。
如用题3-2中的材料，设其强度极限σB =420MPa ，精车，弯曲，βq =1，试绘制此零件的简化等寿命疲劳曲线。
[解] 因2.14554==d D ，067.0453==d r ，查附表3-2，插值得88.1=ασ，查附图3-1得78.0≈σq ，将所查值代入公式，即()()69.1188.178.0111k =-⨯+=-α+=σσσq查附图3-2，得75.0=σε；按精车加工工艺，查附图3-4，得91.0=σβ，已知1=q β，则35.211191.0175.069.1111k =⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=q σσσσββεK ()()()35.267.141,67.141,0,260,35.2170,0D C A ∴根据()()()29.60,67.141,0,260,34.72,0D C A 按比例绘出该零件的极限应力线图如下图3-5 如题3-4中危险截面上的平均应力MPa 20m =σ，应力幅MPa 20a =σ，试分别按①C r =②C σ=m ，求出该截面的计算安全系数ca S 。
濮良贵《机械设计》(第9版)章节题库-第15章 轴【圣才出品】
α。对于不变的转矩，α＝0.3；对于脉动循环应力，α＝0.6；对于对称循环应力，α＝1。
11．对于高载荷重要的转轴，选（ ）材料最为适宜。 A．钢 Q275 B．45 钢 C．40Cr 调质 D．20 钢 【答案】C 【解析】转轴的材料选取时，碳素钢一般用于制造受力较小或不重要的轴，合金钢适 用于重载、高速的重要轴的制造。
4 / 74
圣才电子书
C．轴上有应力集中
十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
D．所采常由弯矩所产生的弯曲应力 σ 是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转
切应力 τ 常常不是对称循环变应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数
13．下列各轴中，属于转轴的是（ ）。 A．减速器中的齿轮轴 B．自行车的前、后轴 C．铁路机车的轮轴 D．滑轮轴 【答案】A 【解析】转轴既承受弯矩又承受扭矩。减速器中的齿轮轴既承受弯矩作用，又有扭矩 的作用，故该轴为转轴。
14．一般二级齿轮减速器的中间轴是（ ）。 A．传动轴 B．固定心轴
6 / 74
16．当采用轴肩定位轴上零件时，零件轴孔的倒角应（ ）轴肩的过渡圆角半径。 A．大于 B．小于 C．大于或等于 D．小于或等于 【答案】A 【解析】轴肩定位的轴孔倒角应该大于轴肩的过度圆角半径，以保证可靠的轴向定位。
7 / 74
圣才电子书
十万种考研考证电子书、题库视频学习平 台
6．某 45 钢的轴刚度不足，可采取（ ）措施来提高其刚度。 A．用 40Cr 钢代替 B．淬水 C．增大轴的尺寸 D．提高材料的抗腐蚀性能 【答案】C 【解析】对于光轴，扭角 φ＝5.73×104×T/（GⅠp），增加轴径，轴的截面惯性矩 Ⅰ、极惯性矩Ⅰp 增大，扭角减小，轴的刚度得到提高，ABD 三项的措施对调高刚度的影 响不大。
机械设计基础-轴及轴承设计
轴及轴承设计
按照轴的轴线形状,可将轴分为直轴、曲轴和挠性轴。 直轴各轴段轴线为同一直线。 曲轴各轴段轴线不在同一直 线上,主要用于有往复式运动的机械中,如内燃机中的曲轴 (见图10-5)。挠性轴轴线可任意弯曲,可改变运动的传递方向, 常用于远距离控制机构、 仪表传动及手持电动工具中(见图 10-6)。另外还有空心轴、光轴和阶梯轴(见图10-7)。
轴及轴承设计
图10-11 减小轴圆角处应力集中的结构
轴及轴承设计
(2)制造工艺方面。提高轴的表面质量,降低表面粗糙度, 对轴表面采用碾压、喷丸和 表面热处理等强化方法,均可显 著提高轴的疲劳强度。
(3)轴上零件的合理布局。在轴结构设计时,可采取改变 受力情况和零件在轴上的位 置等措施,达到减轻轴载荷,减小 轴尺寸,提高轴强度的目的。
轴及轴承设计
图10-8 轴的结构
轴及轴承设计
在图10-8中,轴各部分的含义: 轴颈:轴与轴承配合处的轴段。 轴头:安装轮毂键槽处的轴段。 轴身:轴头与轴颈间的轴段。 轴肩或轴环:阶梯轴上截面尺寸变化的部位,其中一个尺 寸直径最大称为轴环。
轴及轴承设计
1.轴上零件的定位和固定 轴上零件的定位是为了保证传动件在轴上有准确的安装 位置;固定则是为了保证轴上 零件在运转中保持原位不变。 (1)轴上零件的轴向定位和固定。为了防止零件的轴向 移动,通常采用下列结构形式 实现轴向固定:轴肩、轴环、套 筒、圆螺母和止退垫圈、弹性挡圈、轴端挡圈等。 (2)轴上零件的周向固定。周向固定的目的是为了限制 轴上零件相对于轴的转动,以 满足机器传递扭矩和运动的要 求。常用的周向固定方法有键、花键、销、过盈配合、成型 连 接等,其中以键和花键连接应用最广。
齿轮润滑采用油浴润滑,轴承采用脂润滑。
机械设计第15章
扭转切应力 脉动循环变应 力
静应力 弯曲应力为对 称循环变应力
对称循环变应 力
≈0.3
≈0.６
=1
校核 危险截面轴的强度
ca
M ca M ca M ca [ 1 ]b 3 1 W d 3 0.1d 32
设计公式
d
3
M ca 0.1[ 1 ]b
此式仅用于实心圆轴， 其余W见P365表15-4
7.提高轴的表面质量 降低表面粗糙度；采用表面强化，如辗压、喷丸、渗碳、渗 氮、表面淬火等。
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
两处错误
1.左侧键太长，套筒 无法装入
2.多个键应位于同一 母线上
图中所示减速箱输出轴，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。指出其 中的结构错误。 3 7 5 6 2 1.键不在同一母线 1 上。 2.轴承盖与轴直接接 触。 8
危险面的确定： (1)Mca→max (2) Mca较大，而d较小处
[-1]查表15-3 举例：45，调质，
(3)应力集中较大的截面。
确定[-1]
3.安全系数法： (1)确定危险剖面： 根据Mca和d确定
3.轴承盖与箱体
无调整垫片。 4.轴套超过轴承内圈
4
定位高度。
5.齿轮处轴段长度过 长，齿轮定位不可靠
6.键顶部与轮毂 接触。
8轴承端盖处应减少加工 面
7.无挡油盘
§15-3 轴的强度计算
失效形式： 1、疲劳破坏—疲劳强度校核；
2、变形过大—刚度验算（如机床主轴）； 3、振动折断—高速轴，自振频率与轴转速接近；
B．根据经验或类比法确定 以 dmin为基础,考虑轴上零件的装配,轴向定位以及其与 轴的联接，定出轴其它各段的直径。
静应力 弯曲应力为对 称循环变应力
对称循环变应 力
≈0.3
≈0.６
=1
校核 危险截面轴的强度
ca
M ca M ca M ca [ 1 ]b 3 1 W d 3 0.1d 32
设计公式
d
3
M ca 0.1[ 1 ]b
此式仅用于实心圆轴， 其余W见P365表15-4
7.提高轴的表面质量 降低表面粗糙度；采用表面强化，如辗压、喷丸、渗碳、渗 氮、表面淬火等。
轴系结构改错
四处错误
正确答案
三处错误
正确答案
两处错误
1.左侧键太长，套筒 无法装入
2.多个键应位于同一 母线上
图中所示减速箱输出轴，齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。指出其 中的结构错误。 3 7 5 6 2 1.键不在同一母线 1 上。 2.轴承盖与轴直接接 触。 8
危险面的确定： (1)Mca→max (2) Mca较大，而d较小处
[-1]查表15-3 举例：45，调质，
(3)应力集中较大的截面。
确定[-1]
3.安全系数法： (1)确定危险剖面： 根据Mca和d确定
3.轴承盖与箱体
无调整垫片。 4.轴套超过轴承内圈
4
定位高度。
5.齿轮处轴段长度过 长，齿轮定位不可靠
6.键顶部与轮毂 接触。
8轴承端盖处应减少加工 面
7.无挡油盘
§15-3 轴的强度计算
失效形式： 1、疲劳破坏—疲劳强度校核；
2、变形过大—刚度验算（如机床主轴）； 3、振动折断—高速轴，自振频率与轴转速接近；
B．根据经验或类比法确定 以 dmin为基础,考虑轴上零件的装配,轴向定位以及其与 轴的联接，定出轴其它各段的直径。
机械设计基础第十五章轴
弹性挡圈定位
圆螺母定位
轴的结构设计
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。
6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
圆锥形轴端与压板定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定
紧定螺钉定位
轴的结构设计
三、确定各轴段的直径和长度
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到 不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。
带式输送机传动简图
轴的结构设计
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
轴的结构设计
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
轴的结构设计
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
轴的常用材料及其力学性能表
第三节 轴的结构设计
轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。
轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。
一、拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计 时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。
机械设计习题与答案15键连接
键连接练习题一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案）1 为了不过于严重削弱轴和轮毂的强度，两个切向键最好布置成。
A.在轴的同一母线上B. 180°C. 120°~ 130°D. 90°2 平键B20×80 GB/T1096—1979中，20×80是表示。
A. 键宽×轴径B. 键高×轴径C. 键宽×键长D. 键宽×键高3 能构成紧连接的两种键是。
A. 楔键和半圆键B. 半圆键和切向键C. 楔键和切向键D. 平键和楔键4 一般采用加工B型普通平键的键槽。
A. 指状铣刀B. 盘形铣刀C. 插刀D. 车刀5 设计键连接时，键的截面尺寸b×h通常根据由标准中选择。
A. 传递转矩的大小B. 传递功率的大小C. 轴的直径D. 轴的长度6 平键连接能传递的最大扭矩T，现要传递的扭矩为1.5T，则应。
A. 安装一对平键B. 键宽b增大到1.5倍C. 键长L增大到1.5倍D. 键高h增大到1.5倍7 如需在轴上安装一对半圆键，则应将它们布置在。
A. 相隔90°B. 相隔120°位置C.轴的同一母线上D. 相隔180°8 花键连接的主要缺点是。
A. 应力集中B. 成本高C. 对中性与导向性差D. 对轴削弱二、填空题9 在平键联接中，静联接应校核强度；动联接应校核强度。
10 在平键联接工作时，是靠和侧面的挤压传递转矩的。
11 花键联接的主要失效形式，对静联接是，对动联接是。
12 键联接，既可传递转矩，又可承受单向轴向载荷，但容易破坏轴与轮毂的对中性。
13 平键联接中的静联接的主要失效形式为，动联接的主要失效形式为；所以通常只进行键联接的强度或计算。
14 半圆键的为工作面，当需要用两个半圆键时，一般布置在轴的。
机械设计轴的计算与校核
d
177.43
径向力：
Fr
Ft tan n cos
3845 tan 20 cos1117,3,,
图15-15
1427N
轴向力：F＝Fttan =3845tan1117,3,, 767N
齿轮上作用力的大小、方向见图15-15（b）所示
5）计算轴承反力 （图15-15c及e）
W
提高轴的强度的常用措施
增大轴径； 改变材料及热处理；
改进轴的表面质量以提高 轴的疲劳强度
改进轴的结构设计
M, bH
64 R1H
641245.1
79686.4N mm
M ,, bH
M, bH
F
d
2
79686.4 767 177.43 2
11642N mm
垂直弯矩图如图15-15f
MbV 64 R1V
641922.5
123040N mm
§15.3 轴的强度校核
按扭转强度条件计算 按弯扭合成强度条件计算 作扭矩图 作出当量弯矩图 计算弯曲应力，校核轴的强度
§15.3 轴的强度校核
1.按扭转强度条件计算
校核式：T
MT Wp
9.55 106 0.2d 3
P n
[ ]T
(12 1)
抗扭截面系数
P251，表15-5
合成弯矩图如图15-15g
M, b
M
, bH
MbV
2
79686.42 1230402 146590N mm
M ,, b
M
邱宣怀机械设计课后答案第15章
邱宣怀机械设计课后答案第15章第⼗五章轴⼀、选择题15-1 ⼯作时承受弯矩并传递转矩的轴,称为___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-2 ⼯作时只承受弯矩,不传递转矩的轴,称为___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-3 ⼯作时以传递转矩为主,不承受弯矩或弯矩很⼩的轴,称为___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-4 ⾃⾏车的前轴是___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-5⾃⾏车的中轴是___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴15-6 题15-6图表⽰起重绞车从动⼤齿轮1和卷筒2与轴3相联接的三种形式,图中a为齿轮与卷筒分别⽤键固定在轴上,轴的两端⽀架在机座轴承中;图中b为齿轮与卷筒⽤螺栓连接成⼀体,空套在轴上,轴的两端⽤键与机座联接;图中c为齿轮与卷筒⽤螺栓连接成⼀体,⽤键固定在轴上,轴的两端⽀架在机座轴承中,以上三种形式中的轴,依次为___.(1)固定⼼轴,旋转⼼轴,转轴 (2)固定⼼轴,转轴,旋转⼼轴（3）旋转⼼轴,⼼轴,固定⼼轴 (4)旋转⼼轴,固定⼼轴,转轴 (5)转轴,固定⼼轴,旋转⼼轴 (6)转轴,旋转⼼轴,固定⼼轴15-7 如图所⽰,主动齿轮1通过中间齿轮2带动从动轮3传递功率,则中间齿轮2的轴O2是___.(1)⼼轴 (2)转轴 (3)传动轴题 15-6图题15-7图1-⼤齿轮 2-卷筒 3-轴 1-主动齿轮 2中间齿轮 3-从动齿轮15-8 轴环的⽤途是___.(1)作为轴加⼯时的定位⾯ (2)提⾼轴的强度 (3)提⾼轴的刚度 (4)使轴上零件获得轴向定位15-9 当轴上安装的零件要承受轴向⼒时,采⽤___来进⾏轴向固定,所能承受的轴向⼒较⼤.(1)螺母 (2)紧定螺钉 (3)弹性挡圈15-10 增⼤轴在截⾯变化处的过渡圆⾓半径,可以___.(1)使零件的轴向定位⽐较可靠 (2)降低应⼒集中,提⾼轴的疲劳强度 (3)使轴的加⼯⽅便15-11 轴上安装有过盈配合的零件时,应⼒集中将发⽣在轴上___.(1)轮毂中间部位 (2)沿轮毂两端部位 (3)距离轮毂端部为1/3轮毂长度处15-12 采⽤表⾯强化如碾压、喷丸、碳氮共渗、氧化、渗氮、⾼频活⽕焰表⾯淬⽕等⽅法,可显著提⾼轴的___.(1)静强度 (2)刚度 (3)疲劳强度 (4)耐冲击强度15-13 在轴的初步计算中，轴的直径是按___来初步确定的.(1)抗弯强度(2)扭转强度(3)复合强度(4)轴段上零件的孔径15-14 减速器中,齿轮轴的承载能⼒主要受到___的限制.(1)短期过载下的静⼒强度(2)疲劳强度(3)脆性破坏(4)刚度15-15 转轴上载荷和⽀店位置都已经确定后，轴的直径可以根据___来进⾏计算或校核.(1)抗弯强度(2)扭转强度(3)扭转刚度(4)复合刚度15-16 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.15-17 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.15-18 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.15-19 已知轴的受载简图如图所⽰，则其弯矩图应是___.题15-16图题15-17图题15-18图15-20 ⼀展开式两级齿轮减速器的传动简图如图所⽰,⾼速轴ab右端与电动机相连,则⾼速轴的转矩图是___.题15-19图题15-20图15-21 上题图中齿轮减速器的中间轴cd的转矩图是___.15-22 ⼀分流式两级齿轮减速器的传动简图如图所⽰, ⾼速轴ab右端与电动机相连,则⾼速轴的转矩图是___.15-23 上题图中齿轮减速器的中间轴cd的转矩图是___.15-24 如图所⽰,轴上安装⼀斜齿圆柱齿轮,分度圆直径d=400mm,齿轮的圆周⼒F t=2000N,轴向⼒F x=320N,径向⼒F r=800N,则轴在垂直平⾯(即图纸平⾯)内的弯矩图是___.15-25 某轴的合成弯矩和转矩图如图所⽰,设扭剪应⼒按对称循环变化,则最⼤当量弯矩M e是___N·m.(1)224 (2)337 (3)450 (4)559题15-21图题15-22图题15-23图题15-24图题15-25图⼆、分析与思考题15-26 轴的常⽤材料有那些?各适⽤于何种场合?如何选择?15-27 在同⼀⼯作条件下,若不改变轴的结构和尺⼨,仅将轴的材料由碳钢改为合⾦钢,为什么只提⾼了轴的强度⽽不能提⾼轴的刚度?15-28 轴的设计应考虑哪些⽅⾯的问题?其中哪些问题是必须考虑的?哪些问题有特殊要求时才考虑?15-29 轴结构设计主要内容有哪些?15-30 轴上零件的轴向固定⽅法有哪些种?各有什么特点?15-31 轴上零件的轴向固定⽅法有哪些种?各有什么特点?15-32 为什么转轴常设计成阶梯形结构?15-33 轴的强度设计⽅法有那⼏种?它们各适⽤于何种情况?≥,应如何选取c值,对计算所得结果应如15-34 利⽤公式d c何最后取值?M=,a的含义是什么?15-35 按当量弯矩计算轴的强度时,公式e如何取值?15-36 轴受载以后,如果产⽣过⼤的弯曲变形或扭转变形,对机器的正常⼯作有什么影响?试举例说明.15-37 如何提⾼轴的疲劳强度?如何提⾼轴的刚度?15-38 图⽰为轴上零件的两种布置⽅案,功率由齿轮A输⼊,齿轮1输出转矩T1,齿轮2输出转矩T2,且T1>T2,试⽐较两种布置⽅案中各段轴所受转矩的⼤⼩.题15-38图题15-39图15-39 图⽰带式运输机的两种传动⽅案,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)两种⽅案中,电动机轴受⼒是否相同?(⽅案a中V带传动⽐等于⽅案b中开式齿轮传动⽐).15-40 校核轴的强度时,如何判断轴的危险截⾯?怎样确定轴的许⽤应⼒?15-41 如需要对轴的疲劳强度的精确校核,应具备什么条件?15-42 何谓轴的共振?何谓轴的临界转速?15-43 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?三、设计计算题15-44 有⼀离⼼⽔泵,由电动机经联轴器带动,传递功率P=3KW,转速n=960r/min,轴的材料为45钢调质,试按强度要求计算轴所需的最⼩直径?15-45 已知⼀传动轴直径d=32mm,转速n=900r/min,如果轴上的扭剪应⼒不允许超过70MPa,问该轴能传递多⼤功率?15-46 直径d=75mm的实⼼轴与外径d o=85mm的空⼼轴的扭转强度相同,设两轴的材料相同,试求该空⼼轴的内径d i和减轻重量的百分率?15-47 试确定⼀传动轴的直径.已知:轴的材料为Q255钢,传递功率P=15KW,转速n=80r/min.(1)按扭转强度计算;(2)按扭转刚度计算.(设其扭转变形在1000mm长度上不允许超过0.5°)15-48 试设计⼀单级直齿圆柱齿轮减速器的主动轴,轴的材料⽤45钢,调质处理.已知:轴单向转动,⼯作时有振动,传递转矩T1=1.75×105N·mm,齿轮模数m=4mm,齿数z=20,啮合⾓α=20°,齿宽b=80mm,轴输⼊端与联轴器相联,轴承间距为160mm.15-49 试设计⼀圆锥齿轮传动的⼩齿轮轴,并校核Ⅰ—Ⅰ截⾯(只受转矩)以及靠近齿轮的轴承的安全系数.已知:传递功率P=35KW,轴的转速n=940r/min,单向回转,传动⽐i=2,齿数z1=20,模数m=6mm,齿宽b=50mm,轴的材料为45钢,正⽕处理.题15-48图题15-49图15-50 设计如图所⽰的斜齿圆柱齿轮减速器的输⼊轴.已知该轴输⼊功率P=37.5KW,转速n=960r/min,⼩齿轮节圆直径d1=150mm,模数m n=4mm,齿宽b=150mm,螺旋⾓β=15°20′,法向压⼒⾓αn=20°,轴的材料为45钢正⽕.电动机轴径为65mm,初选组合代号303的圆锥滚⼦轴承.15-51 根据题15-50的计算结果,校核⼩齿轮处轴的挠度(⽤等效直径法和变形能法).15-52 ⼀渐开线直齿圆柱齿轮减速器的中间轴的尺⼨和布置如图所⽰,已知其传递的转矩T=400N·m,⼤⼩齿轮压⼒⾓均为α=20°的标准齿轮,轴的材料为45钢,调质处理,轴需双向运转,齿轮与轴均采⽤76Hk配合并采⽤圆头普通键联接.轴上圆⾓半径均为r=1.5mm,试验算此轴的疲劳强度.题15-50图题15-52图15-53 根据题15-52的计算结果,校核图15-52所⽰截⾯Ⅱ—Ⅱ处轴的挠度.许⽤挠度[y]=0.003Lmm,L为⽀店间的距离.15-54 设计如图所⽰的单级斜齿圆柱齿轮减速器的低速轴.已知:电动机额定功率P=4KW,转速n1=750r/min,n2=130r/min,⼤齿轮节圆直径d2′=300mm,齿宽b2=90mm,轮齿螺旋⾓β=12°,法⾯压⼒⾓αn=20°.⼯作机为输送带,载荷平稳.要求: (1)完成轴的全部结构设计;(2)根据弯扭合成理论验算轴的强度;(3)精确校核轴的危险截⾯的安全系数.15-55 ⼀传动轴直径为55mm,转矩由轮1输⼊,T1=11.52×105N·mm,分别由轮2和轮3输出,轮2输出转矩T2=6.91×105N·mm,轮3输出转矩T3=4.61×105N·mm.求轮2相对轮3的扭转⾓.15-56 如图所⽰,钢轴直径d=25mm,圆盘重W=150N,试计算轴的第⼀阶临界转速nε1.15-57 ⼀直径为50mm的钢轴上装有两个圆盘,布置如图所⽰.不计轴本⾝重量,试计算此轴的第⼀阶临界转速.若已知轴的⼯作转速n=960r/min,分析此轴属于刚性轴还是挠性轴?轴⼯作时的稳定性如何?题15-54图题15-55图题15-56图题15-57图四、结构设计题15-58 试分析题图15-58a、b、c、d中的结构错误,分别说明理由,并画出正确地结构图.15-59 指出图中轴的结构设计有哪些不合理,并画出改正后的轴结构图.题15-58图题15-59图15-60 齿轮轴上各零件的结构及位置如图所⽰,试设计该轴的外形并定出各段的直径.题15-60图15-61 图⽰滑轮的直径D=400mm,轴⽀点跨距L=160mm,起重量W=10000N.要求: (1)确定轴的直径,轴的材料⽤45钢,调质处理.(2)画出滑轮轴的结构图.题15-61图15-62 为了改进轴的结构,减少应⼒集中,提⾼轴的疲劳强度,在下列情况下应采取什么措施?并绘图说明.(1)设计轴肩时:①为了能使轴上零件得到可靠的定位,其轴肩的过渡圆半径r与相配零件的圆⾓半径R或倒⾓尺⼨C的结构形式.②当与轴相配的零件必须采⽤很⼩的圆⾓半径R时,可采⽤哪些结构形式.(2)如轴上有直⾓凹槽、键槽、花键等,应采⽤的结构措施.(3)如轴与轴上零件为过盈配合时,应采⽤的结构措施.。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第15章轴吴海涛§15-1 概述§15-2 轴的结构设计§15.3 轴的计算§15.4 设计实例一、轴的用途及分类轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。
按照承受载荷的不同，轴可分为：❆转轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴；❆心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴；❆传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。
各种类型的轴二、轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。
结构设计：根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
工作能力计算：对轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。
三、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳素结构钢因具有较好的综合力学性能，应用较多；合金钢具有较好的综合力学性能（如耐腐蚀、耐高温、抗低温等），但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。
高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。
设计任务：确定轴的合理外形和全部结构尺寸。
设计要求：1. 轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；2. 轴和轴上零件要有准确的工作位置；3. 各零件要牢固而可靠地相对固定；4. 改善应力状况，减小应力集中。
典型轴系结构一、拟定轴上零件的装配方案装配方案：确定轴上零件的装配方向、顺序、和相互关系。
在轴的结构设计中，必须考虑满足轴上零件装配顺序的要求，并尽量使得装配简便。
设计者在这一方面考虑得越周到，轴的装配工艺性越好。
注意装配顺序轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。
设计时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。
图示减速器输出轴就有两种装配方案。
输出轴圆锥圆柱齿轮二级减速器二、轴上零件的定位轴上零件除了有游动要求的，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。
滚动轴承齿轮套筒轴承端盖半联轴器轴端挡圈ⅠⅡⅢⅢⅠⅡ轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈和圆螺母等来保证的。
无法采用套筒或套筒太长时，可采用双圆螺母加以固定。
装在轴端上的零件往往采用轴端挡圈圆锥面定位。
轴向力较小时，可采用弹性挡圈或紧定螺钉来实现。
双圆螺母圆螺母与止动垫圈弹性挡圈定位锁紧挡圈轴端挡圈定位圆锥面定位周向固定大多采用键、花键、过盈配合或型面连接等形式来实现。
过盈联接胀紧联接键槽应位于同一加工直线§15-2 轴的结构设计三、各轴段直径和长度的确定确定轴段直径大小的基本原则：；1. 按轴所受的扭矩估算轴径，作为轴的最小轴径dmin2. 有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径；3. 安装标准件的轴径，应满足装配尺寸要求；4. 有配合要求的零件要便于装拆。
5. 应保证轴上零件能可靠的轴向固定常用的与轴相配的标准件有滚动轴承、联轴器等。
配合轴段的直径应由标准件和配合性质确定。
装配轴承与滚动轴承配合段轴径一般为5的倍数(Φ20~385 mm) ；与滑动轴承配合段轴径应采用标准直径系列轴套。
装配联轴器配合段直径应符合联轴器的尺寸系列。
便于零件的装配，减少配合表面的擦伤的措施： 1. 在配合段轴段前应采用较小的直径；2. 配合段前端制成锥度；3. 配合段前后采用不同的尺寸公差；4. 轴肩高度不能过大。
H 7r 6H 7d 11H 7r 6不合理结构为了使轴上零件能可靠的轴向固定，应注意以下问题：➢与齿轮或联轴器等相配合部分的轴段长度一般应比轴毂长度短2~3mm；➢定位轴肩高度h应达到定位零件毂孔端部倒角尺寸C的2~3倍，即h≥(2~3) C;➢定位轴肩处的过渡圆角半径r应小于定位零件毂孔端部倒角尺寸C，即r<C。
r四、提高轴的强度的常用措施1. 合理布置轴上零件以减小轴的载荷输出轮输出轮输出轮输入轮输入轮不合理布置合理布置不同的支承方案将影响轴的支承跨距和刚度，方案a) 、d)的支承跨距大，b) 、c)的跨距小，但a)的悬臂短，b)的悬臂长。
2. 改进轴上零件的结构以减小轴的载荷（a)方案中轴Ⅰ既受弯矩又受扭矩；（b)方案中轴Ⅰ只受弯矩ⅠⅠⅠⅠ(a)(b)(a)(b)L 3L 4a)L 2d)L 1c)L 1L 2b)3. 改进轴的结构以减小应力集中的影响为了提高轴的疲劳强度，应尽量减少应力集中源和降低应力集中程度。
以下是常用的措施：rr内凹圆角加装隔离环过盈配合处的应力集中轮毂上开卸荷槽轴上开卸荷槽增大配合处直径4. 改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度除了减小载荷的措施以外，提高材料自身的性能也能提高轴的疲劳强度。
当采用对应力集中甚为敏感的高强度材料制作轴时，表面质量尤应予以注意。
改进轴的表面质量的方法主要有：➢合理减小轴的表面及圆角处（应力集中处）的加工粗糙度值。
➢表面强化处理❖表面高频淬火等热处理；❖表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；❖碾压、喷丸等强化处理。
通过碾压、喷丸进行表面强化处理时可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。
五、轴的结构工艺性在满足使用要求的前提下，轴的结构越简单，工艺性越好。
轴上应有满足加工和装配所要求的倒角、圆角、螺纹退刀槽和砂轮越程槽等。
0.8磨削加工的轴段应留有砂轮越程槽切制螺纹的轴段应留有退刀槽不同轴段键槽布置在同一母线上轴端制出倒角以便于装配§15-2 轴的结构设计——改错示例图示结构共有8处错误，请逐一指出，并改正。
计算准则：满足轴的强度和刚度要求，必要时应校核轴的振动稳定性。
一、轴的强度校核计算1．按扭转强度校核计算这种方法用于只受扭矩或主要受扭矩的不太重要的轴的强度计算。
在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
轴的扭转强度条件为nP A nPnPd dn P W T T T T T T 303333][2.09550000][2.09550000][2.0/9550000=•=≥⇒≤==ττττ对于空心轴，则)1(43β-≥n P A d 式中，β= d 1/d ，即内径与外径之比。
为了计及键槽对轴的削弱，可按以下方式修正轴径有一个键槽有两个键槽轴径d ＞100mm 轴径增大3%轴径增大7%轴径d≤100mm轴径增大5%～7%轴径增大10%～15%2．按弯扭合成进行强度条件验算一般的转轴强度用这种方法验算。
计算步骤如下：1) 轴的弯矩与扭矩分析水平面受力及弯矩图铅垂面受力及弯矩图水平铅垂弯矩合成图扭矩图L 2L 3L 1DC B AF r F aF tTωF N v 1F N v 1F NH1F NH2F N v 2′2) 校核轴的强度首先判断危险截面，然后按选定的强度理论计算应力。
如，按第三强度理论，轴的弯扭合成强度条件为：22)(4ατσσ+=ca 式中，α为考虑弯曲应力和扭转切应力的循环特性差异的系数。
对于直径为d 的圆轴扭转切应力静应力脉动循环变应力对称循环变应力弯曲应力为对称循环变应力a ≈0.3a ≈0.６a =1][)(122-≤+=σασWT M ca3 按疲劳强度条件进行精确校核通过分析确定出一个或几个危险截面（疲劳强度与应力集中和绝对尺寸有关），计算安全系数SS S S S S ca ≥+⋅=22τστσ仅有正应力时，应满足Sk S ≥+=mσa σ1σσψσσ仅有切应力时，应满足Sk S ≥+=mσa σ1ττψττ4 按静强度条件进行校核对于瞬时过载很大，或应力循环严重不对称的轴需要进行静强度校核。
条件是SS S S S Sca S SSS S S ≥+⋅=22τστσ⎪⎭⎫⎝⎛+=A F WM S m ax m ax SS σστm ax SS τ/W T S τ=二、轴的刚度校核计算某些情况下，需要对轴进行刚度校核计算。
1．轴的弯曲刚度校核计算对于阶梯轴，如果对计算精度要求不高，可按当量直径法作近似计算（否则可采用变形能法精确计算）。
当量直径为∑==zi iiv dlLd 144/然后把阶梯轴看成是当量直径为d v 的光轴，按材料力学中的公式进行计算挠度或偏转角。
轴的弯曲刚度条件为][][θθ≤≤y y二、轴的刚度校核计算2．轴的扭转刚度校核计算轴的扭转刚度以扭转角ϕ来度量。
计算公式为光轴)/(1073.54m ︒⨯=pGI Tϕ阶梯轴∑=⨯=zi pii i I l T LG 1411073.5ϕ轴的扭转刚度条件为][ϕϕ≤试设计圆锥-圆柱齿轮减速器的输出轴，减速器的装置简图如下图所示。
输出轴通过弹性柱销联轴器与工作机相联。
已知参数列于下表：级别z 1z 2m /mm αnh n* 齿宽/mm高速级2075 3.5大锥齿轮轮毂长L =50低速级239548°06'34"201B 1=85，B 2=80输入参数电动机功率P =10kW ，转速n 1=1450r/min 单向转动β。
20。
1圆锥-圆柱齿轮减速器【解】1. 求输出轴上的功率P 3、转速n 3和转矩T 3若取每级齿轮传动的效率（包括轴承效率在内）η=0.97，则P 3=P η 2=10×0.97 2 kW=9.41kW n 3= i n 1=1 450×7520×9523r/min=93.61r/minT 3= 9550000P 3= 9550000×93.619.41N·mm n 3≈960 000 N·mm2. 求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆直径为mm 84.383"34'068cos 954cos 22=×==。
mz d β而F a ＝F t tan β＝5002×tan8°06'34"＝713N＝5002N383.842×960000＝d 22T 3F t ＝＝1839N cos8°06'34"tan20°cos βtan αn＝5002×F r ＝F t 3. 初步确定轴的最小直径1）计算最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，取A 0=112，则d min =A 03n 3P 3=112×393.619.14mm=52.1mm联轴器的计算转矩为：T ca =K A T 3=1.3×960 =1248 N·m选HL4型弹性柱销联轴器，其公称转矩为1250000N.mm 。
半联轴器的孔径d 1=55mm ，半联轴器长度L =112mm ，与轴配合的毂孔长度L 1=84mm 。