轴的设计
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1 习题与参考答案
一、复习思考题
1 按轴所受载荷的情况可分哪三类?试分析自行车的前轴、中轴、后轴的受载情况，说明它们各属于哪类轴?
2 为提高轴的刚度，把轴的材料由45号钢改为合金钢是否有效?为什么?
3
轴上零件的轴向及周向固定各有哪些方法?各有何特点?各应用于什么场合?
4 轴的计算当量弯矩公式22TMMca中，应力校正系数的含义是什么?如何取值?
5 影响轴的疲劳强度的因素有哪些?在设计轴的过程中，当疲劳强度不够时，应采取哪些措施使其满足强度要求?
二、单项选择题
1 工作时只承受弯矩，不传递转矩的轴，称为 。
A．心轴 B．转轴
C．传动轴 D．曲轴
2 采用 的措施不能有效地改善轴的刚度。
A．改用高强度合金钢 B．改变轴的直径
C．改变轴的支承位置 D．改变轴的结构
3 按弯扭合成强度计算轴的应力时，要引入系数，这是考虑 。
A．轴上键槽削弱轴的强度 B．合成正应力与切应力时的折算系数
C．正应力与切应力的循环特性不同的系数 D．正应力与切应力方向不同
4 转动的轴，受不变的载荷，其所受的弯曲应力的性质为 。
A．脉动循环 B．对称循环
C．静应力
D．非对称循环
5 对于受对称循环转矩的转轴，计算弯矩（或称当量弯矩）22TMMca，应取
。
A．≈0.3 B．≈0.6 C．≈1 D．≈1.3
6 根据轴的承载情况， 的轴称为转轴。
A．既承受弯矩又承受转矩 B．只承受弯矩不承受转矩
C．不承受弯矩只承受转矩 D．承受较大轴向载荷
三、填空题
1 自行车的中轴是 轴，而前轮轴是 轴。
2 为了使轴上零件与轴肩紧密贴合，应保证轴的圆角半径 轴上零件的圆角半径或倒角C。
3 对大直径的轴的轴肩圆角处进行喷丸处理是为了降低材料对 的敏感性。
4 传动轴所受的载荷是 。 2 5 一般单向回转的转轴，考虑起动、停车及载荷不平稳的影响，其扭转剪应力的性质按
处理。
四、分析计算题
1 试分析题1图所示卷扬机中各轴所受的载荷，并由此判定各轴的类型。（轴的自重、轴承中的摩擦均不计）
2 某蜗轮与轴用A型普通平键联接。已知轴径d＝40mm，转矩T＝522000N·mm，轻微冲击。初定键的尺寸为b=12mm，h＝8mm，L＝100mm。轴、键和蜗轮的材料分别为45号钢，35号钢和灰铸铁，试校核键联接的强度。若强度不够，请提出两种改进措施。
平键联接的许用应力（MPa）
联接方式 联接中较弱
零件的材料 载荷性质
静载荷 轻微冲击 冲击
p 静联接
（普通平键） 钢 120~150 100~120 60~90
铸铁 70~80 50~60 30~45
3 如题3 图所示的锥齿轮减速器主动轴。已知锥齿轮的平均分度圆直径md=56.25mm，所受圆周力tF＝1130N，径向力rF＝380N，轴向力aF＝146N。试求：
（1）画出轴的受力简图；
（2）计算支承反力；
（3）画出轴的弯矩图、合成弯矩图及转矩图。
五、结构题（图解题）
1 如题1图所示的某圆柱齿轮装于轴上，在圆周方向采用A型普通平键固定；在轴向，齿轮的左端用套筒定位，右端用轴肩定位。试画出这个部分的结构图。
2 如题2 图所示，试画出轴与轴承盖之间分别采用毛毡圈和有骨架唇形密封圈时的结构图。
3 试指出题3 图所示的轴系零部件结构中的错误，并说明错误原因。
说明：
（1）轴承部件采用两端固定式支承，轴承采用油脂润滑；
（2）同类错误按1处计；
（3）指出6处错误即可，将错误处圈出并引出编号，并在图下做简单说明；
（4）若多于6处，且其中有错误答案时，按错误计算。 题1图
题3 图
题1图 3
题2 图
题3图
4 题4 图所示为下置式蜗杆减速器中蜗轮与轴及轴承的组合结构。蜗轮用油润滑，轴承用脂润滑。试改正该图中的错误，并画出正确的结构图。
题4 图
5 题5 图所示为斜齿轮、轴、轴承组合结构图。斜齿轮用油润滑，轴承用脂润滑。试改正该图中的错误，并画出正确的结构图。
题5 图 4 习题参考答案
复习思考题答案（参考答案从略）
单项选择题
1 A 2 A 3 C 4 B 5 C 6 A
填空题
1 转；心
2 小于
3 应力集中
4 转矩
5 脉动循环
分析计算题
1 解题要点：
轴Ⅰ只受转矩，为传动轴；轴Ⅱ既受转矩，又受弯矩，故为转轴；轴Ⅲ只受弯矩，且为转动的，故为转动心轴；轴Ⅳ只受弯矩，且为转动的，故为转动心轴。
2 解题要点
依题意知该联接为静联接，将联接中机械性能较弱的材料灰铸铁的许用挤压应力作为p。因载荷性质为轻微冲击，查表知[σ]p=50～60MPa。联接工作面上的挤压应力为
)12100(8405220004)(44bLdhTdhlTp MPa
MPa60~50][74.148MPap
故该键联接强度不足。
改进措施，可用下列两种之一：（1）采用双键；（2）增加轮毂宽度，加长键的长度。
3 解题要点
（1）轴的受力简图如题3图解（b）所示。 5
题3 图解
（2）垂直面支承反力：
由ΣMA=0，即－RBY×100+Ft150=0，得
NNFRtBY16951001501130100150
由ΣY=0，得
NNFRRtBYAY565)11301695(
b. 求水平面支反力：
由ΣMA=0，即01502/100aBZrmFdFR，得
NNdFFRmarBZ938.5281002/25.561461503801002/150 6 由ΣZ=0，得
NNFRRrBZAZ938.148)380528(
（3）画出轴的弯矩图、合成弯矩图及转矩图：
a. 垂直面弯矩MY图如题3 图解（c）所示。
B点的弯矩 NRMAYBY100565100·mmN56500·mm
b. 水平面弯矩MZ图如题3图解（d）所示。
B点的弯矩 NRMAZBZ100893.148100·mmN8.14893·mm
C点的弯矩 NdFMmaCZ2/25.561462/·mmN2.4106·mm
c. 合成弯矩M图如题3图解（e）所示。
B点的弯矩 NMMMBZBYB22228.1489356500·mmN58430·mm
C点的弯矩 NMMMCZCYC22222.41060·mmN2.4106·mm
d. 作转矩图如题3图解（f）所示。
NdFTmt2/25.5611302/·mmN25.31781·mm
e. 作计算弯矩图如题图3 图解（g）所示。
该轴单向工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取α=0.6。
B点的弯矩
NTMMBBcaB2222)25.317816.0(58430)(·mmN61434·mm
C点的弯矩
NTMMCCcaC2222)25.317816.0(2.4106)(·mmN19505·mm
A点的弯矩
NTTMMAAcaA25.317816.0)(22·mmN19068·mm
五、结构题（图解题）
1 结构如题1图解所示。
题1 图解 7 2 结构如题2图解所示。
题2图解
3 解题要点
题3图中存在错误如下（见题3图解）：
题3图解
（1）弹簧垫圈开口方向错误；
（2）螺栓布置不合理，且螺纹孔结构表示错误；
（3）轴套过高，超过轴承内圈定位高度；
（4）齿轮所在轴段过长，出现过定位现象，轴套定位齿轮不可靠；
（5）键过长，轴套无法装入；
（6）键顶面与轮毂接触；且键与固定齿轮的键不位于同一轴向剖面的同一母线上；
（7）轴与端盖直接接触，且无密封圈；
（8）重复定位轴承；
（9）箱体的加工面未与非加工面分开，且无调整垫片；
（10）齿轮油润滑，轴承脂润滑而无挡油盘；
（11）悬伸轴精加工面过长，装配轴承不便；
（12）应减小轴承盖加工面。
4 解题要点：
正确结构如题4图解所示。 8
题4图解
5 解题要点
正确结构如题5图解所示。
题5图解
