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机械设计作业集第章答案IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】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3nP C 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C45°,则要求 A。
A r<C<hB r=C=hC r>C>hD C<r<h15—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。
班 级成 绩姓 名任课教师学 号批改日期第六章 键、花键、无键联接和销联接一、选择题6—1普通平键联接的主要用途是使轴与轮毂之间 C 。
A 、沿轴向固定并传递轴向力B 、沿轴向可作相对滑动并具有导向作用C 、沿周向固定并传递周向力D 、安装与拆卸方便6—2设计键联接时，键的截面尺寸b ×h 通常根据 D 按标准选择；键的长度通常根据C 按标准选择。
A 、所传递转矩的大小B 、所传递功率的大小C 、轮毂的长度D 、轴的直径 6—3 当键联接强度不足时可采用双键。
使用两个平键时要求两键 C 布置；使用两个半圆键时要求两键 A 布置；使用两个楔键时要求两键 B 布置；A 、在同一直线上B 、相隔90°～120°C 、相隔180°D 、相隔120°～130° 6—4普通平键的承载能力通常取决于 C 。
A 、键的剪切强度B 、键的弯曲强度C 、键联接工作表面挤压强度D 、轮毂的挤压强度 6—5当轴作单向回转时，平键的工作面在 D ，楔键的工作面在键的 A 。
A 、上、下两面B 、上表面或下表面C 、一侧面D 、两侧面 6—6能构成紧联接的两种键是 C 。
A 、楔键和半圆键B 、半圆键和切向键C 、楔键和切向键 6—7一般采用 B 加工B 型普通平键的键槽。
A 、指状铣刀B 、盘形铣刀C 、插刀6—8平键联接能传递的最大转矩T ，现要传递的转矩为1.5T 时，则应 A 。
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 6—9花键联接的主要缺点是 B 。
A 、应力集中B 、成本高C 、对中性及导向性差 6—10型面曲线为摆线或等距曲线的型面联接与平键联接相比较，D 不是型面联接的优点。
A 、对中性好B 、轮毂孔的应力集中小C 、装拆方便D 、切削加工方便二、填空题6—11按用途平键分为 普通平键 、 薄型平键 、 导向平键 、 滑键 ；其中 普通平键 、薄型平键 用于静联接， 导向平键 、 滑键 用于动联接。
机械设计作业集（答案）第五章螺纹一、简答题1.相同公称直径的细牙螺纹和粗牙螺纹有何区别?答普通三角螺纹的牙型角为60 º，又分为粗牙螺纹和细牙螺纹，粗牙螺纹用于—般连接，细牙螺纹在相同公称直径时，螺距小、螺纹深度浅、导程和升角也小，自锁性能好，适合用于薄壁零件和微调装置。
细牙螺纹的自锁性能好，抗振动防松的能力强，但由于螺纹牙深度浅，承受较大拉力的能力比粗牙螺纹差。
2.螺栓、双头螺柱、紧定螺钉连接在应用上有何不同?答(1)普通螺栓连接：被连接件不太厚，螺杆带钉头，通孔不带螺纹，螺杆穿过通孔与螺母配合使用。
装配后孔与杆间有间隙，并在工作中不许消失，结构简单，装拆方便，可多个装拆，应用较广。
(2)精密螺栓（铰制孔螺栓）连接：装配间无间隙，主要承受横向载荷，也可作定位用，采用基孔制配合铰制扎螺栓连接。
(3)双头螺柱连接：螺杆两端无钉头，但均有螺纹，装配时一端旋入被连接件，另一端配以螺母，适于常拆卸而被连接件之一较厚时。
装拆时只需拆螺母，而不将双头螺栓从被连接件中拧出。
(4)螺钉连接：适于被连接件之一较厚(上带螺纹孔)、不需经常装拆、受载较小的情况。
一端有螺钉头、不需螺母。
(5)紧定螺钉连接：拧入后，利用杆末端顶住另一零件表面或旋入零件相应的缺口中以固定零件的相对位置。
可传递不大的轴向力或扭矩。
3.为什么多数螺纹连接都要求拧紧?预紧的目的是什么？答绝大多数螺纹连接在装配前都必须拧紧，使连接在承受工作载荷之前，预先受到力的作用。
这个预先加的作蝴用力称为顶紧JJ力。
预紧的目的在于增强连接的紧密性和可靠性，以防止被连接件在受力后出现松动、缝隙或发生滑移。
4.连接用螺纹已经满足自锁条件，为什么在很多连接中还要采取防松措施?答; 对于一般单线螺纹，螺旋升角小于螺旋副的当量摩擦角，本身能满足自锁条件，但是在冲击、振动或变载荷作用下，螺旋副摩擦力可能减小或瞬时消失，多次反复作用后，就可能松脱。
另外，在温度大幅度变化的情况下，反复的热胀冷缩，也会造成松脱。
机械设计作业集答案问题一：公差链与公差协调1.1 公差链的定义与作用公差链是指在产品设计、制造和检验过程中，涉及到公差传递的各种关系的有机组合。
在产品设计中，为了保证产品的质量和性能，需要对各个零部件的尺寸和位置进行控制，而公差链就是用来描述和分析这些零部件之间的公差传递关系的。
公差链的作用主要有以下几点： - 通过公差链的分析，可以确定产品在设计和制造过程中出现的公差带的分布范围，从而帮助设计人员确定合适的公差方案。
- 公差链可以帮助设计人员识别公差源，即造成产品公差的主要因素，便于进行优化和改进。
- 公差链的分析结果还可以为制造和检验过程提供参考，有助于指导生产和检测工艺。
1.2 公差协调的原则公差协调是指在机械设计中，通过合理选择和分配零部件的公差，以确保产品在设计要求下能够在制造和使用过程中满足性能和质量的要求。
公差协调的原则主要包括以下几个方面：1.2.1 公差合理分配原则公差合理分配原则是指在设计过程中，应根据零部件的功能、重要性和制造难度等因素来合理分配公差。
一般来说，对于功能重要且制造难度大的零部件，公差分配应较严格；而对于功能次要且制造难度小的零部件，公差分配可以相对宽松。
1.2.2 公差传递原则公差传递原则是指在公差协调中，要注意零部件之间公差的传递关系。
公差传递关系可以通过公差链的分析得到。
在公差传递时，要尽量减小公差的传递倍数，避免公差的累加误差。
1.2.3 公差统计原则公差统计原则是指在选择和应用公差时，要根据实际情况采用合适的统计方法和公差值。
一般来说，对于要求产品性能和质量较高的情况，应采用较为严格的统计方法和较小的公差值，以确保产品能够满足要求。
1.3 公差链的计算方法公差链的计算方法主要有以下几种：1.3.1 最坏情况法最坏情况法是指在公差链的计算中，假设各个零部件的公差都取其最大值，然后计算出整个系统的公差范围。
这种方法计算简单直观，但可能会导致公差范围过大。
错误！未定义书签。
第一章绪论分析与思考题1-1 机器的基本组成要素是什么?1-2 什么是零件?什么是构件?什么是部件?试各举三个实例。
1-3 什么是通用零件?什么是专用零件?试各举三个实例。
1-4 机械设计课程研究的内容是什么?第二章机械设计总2论分析与思考题2-1 一台完整的机器通常由哪些基本部分组成?各部分的作用是什么?2-2 设计机器时应满足哪些基本要求?设计机械零件时应满足哪些基本要求?2-3 机械零件主要有哪些失效形式?常用的计算准则主要有哪些?2-4 什么是零件的强度要求?强度条件是如何表示的?如何提高零件的强度?2-5 什么是零件的刚度要求?刚度条件是如何表示的?提高零件刚度的措施有哪些?2-6 零件在什么情况下会发生共振?如何改变零件的固有频率?2-7 什么是可靠性设计?它与常规设计有何不同?零件可靠度的定义是什么?2-8 机械零件设计中选择材料的原则是什么?2-9 指出下列材料的种类，并说明代号中符号及数字的含义：HTl50，ZG230-450，65Mn，45，Q235，40Cr，20CrMnTi，ZCuSnl0Pb5。
2-10 机械的现代设计方法与传统设计方法有哪些主要区别?第三章机械零件的强度一、选择与填空题3-1 零件表面的强化处理方法有_________________、___________________、_________________等。
3-2 零件的截面形状一定，当截面尺寸增大时，其疲劳极限值将随之____________。
(1)增高(2)不变(3)降低3-3 机械零件受载时，在_____________________处产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强度的增大而___________________。
3-4在载荷和几何形状相同的情况下，钢制零件间的接触应力_____________铸铁零件间的接触应力。
3-5 两零件的材料和几何尺寸都不相同，以曲面接触受载时，两者的接触应力值__________。
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3nP C 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。
A 圆螺母B 套筒C 轴肩D 轴环15—12轴上滚动轴承的定位轴肩高度应 B 。
A 大于轴承内圈端面高度B 小于轴承内圈端面高度C 与轴承内圈端面高度相等D 愈大愈好二、填空题15—13按受载分类，轴可以分为 转 轴、 心 轴和 传动 轴，减速器中的轴应属于 转 轴。
15—14 转轴一般制成阶梯形的原因是 便于轴上零件安装定位 和 近似等强度 。
15—15 当转轴受到稳定的轴向力作用时，轴的弯曲应力是 非对称循环 应力。
15—16 单向转动的轴上作用有方向不变的径向载荷时，轴的弯曲应力为 对称 循环变应力，扭转剪应力为 脉动 循环变应力（转动不平稳时）。
15—17用套筒、螺母或轴端挡圈作轴向固定时，应使轴头段的长度 小于 轮毂宽度。
15—18在齿轮减速器中，低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多，其原因是低速轴受到的转矩大得多。
15—19 一般情况下轴的工作能力决定于轴的强度和轴的刚度。
15—20 零件在轴上常用的轴向固定方法有轴肩、轴环、套筒、圆螺母、轴挡档圈、挡圈等、周向固定方法有键、花键、过盈配合等。
15—21提高轴的疲劳强度的措施有合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴的载荷、改进轴的结构以减小应力集中、改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度。
15—22提高轴的刚度的措施有改善轴的支承情况(减小跨距、改悬臂为简支、采用支承刚度大的轴承等)、增大轴的尺寸、采用空心轴、合理布置轴上零件的位置和改进轴上零件的结构以减小轴的载荷等。
三、分析与思考题15—23 何为转轴、心轴和传动轴？自行车的前轴、中轴、后轴及踏板轴各是什么轴？答：工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴、只受弯矩而不受扭矩的轴称为心轴、只受扭矩而不受弯矩的轴称为传动轴。
自行车的前轴、后轴属于固定心轴，踏板轴属于转动心轴；自行车的中轴属于转轴。
15—24 试说明下面几种轴材料的适用场合：Q235-A、45、1Cr18Ni、QT600-2、40CrNi。
答：Q235-A用于不重要及受载不大的轴，如农业机械、建筑机械中的轴；45广泛应用于各种轴，如减速器中的轴；1Cr18Ni用于高、低温及腐蚀条件下的轴，如发动机凸轮轴；QT600-2用于制造复杂外形的轴，如发动机曲轴；40CrNi用于制造很重要的轴，如汽车、拖拉机变速箱中的轴。
15—25 轴的强度计算方法有哪几种？各适用于何种情况？答：1.按扭转强度条件计算，该方法适用于计算传动轴或初步估计转轴直径；2.按弯扭合成强度条件计算，该方法适用于校核计算一般转轴的疲劳强度；3.按疲劳强度条件进行精确校核，该方法适用于精确校核计算重要轴的疲劳强度；4.按静强度条件进行校核，该方法适用于计算瞬时过载很大、或应力循环的不对称性较为严重的轴的静强度。
15—26 按弯扭合成强度和按疲劳强度校核时，危险截面应如何确定？确定危险截面时考虑的因素有何区别？答：按弯扭合成强度校核轴时，危险截面指的是计算应力（综合考虑弯曲应力和扭转应力）较大的一个或几个截面，考虑的因素主要是轴上的弯矩、扭矩和轴径；按疲劳强度校核轴时，确定危险截面时，既要考虑弯曲应力和扭转应力的大小，还要考虑应力集中和绝对尺寸等综合因素的影响大小，确定一个或几个截面，考虑的因素除了轴上的弯矩、扭矩和轴径外，还要考虑综合影响系数的大小。
15—27 为什么要进行轴的静强度校核计算？这时是否要考虑应力集中等因素的影响？答：静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力，这对那些瞬时过载很大、或应力循环的不对称性较为严重的轴是很必要的。
轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的，这时不考虑应力集中等因素的影响。
15—28 经校核发现轴的疲劳强度不符合要求时，在不增大轴径的条件下，可采取哪些措施来提高轴的疲劳强度？答：可采取下列措施来提高轴的疲劳强度1．换用强度高的好材料；2．减小应力集中（增大过渡圆角半径、降低表面粗糙度、开设卸载槽）3． 对轴的表面进行热处理和硬化处理；4． 改进轴的结构形状；5． 提高加工质量等。
15—29 何谓轴的临界转速？轴的弯曲振动临界转速大小与哪些因素有关？15—30 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？四、设计计算题15—31已知一传动轴的材料为40Cr 钢调质，传递功率P=12kW ，转速n=80r/min 。
试：（1）按扭转强度计算轴的直径；（2）按扭转刚度计算轴的直径（设轴的允许扭转角[φ]≤0.5（°）/m )。
解：（1）由表15-3知：A 0=97~112（2）40n P B d ⋅≥Θ 15—32直径d=75mm 的实心轴与外径d 0=85mm 的空心轴的扭转强度相等，设两轴材料相同，试求该空心轴的内径d 1和减轻重量的百分比。
解：实心轴：][ττ≤=T W T ，空心轴：]['≤''='ττTW T 扭转强度相同时有：W T =W T ′减轻重量的百分比为：%42.43)(4)(44221202221202=--=--=dd d d d d d d πππδ 15—33 图示（a ）、（b ）为起重滑轮轴的两种结构方案。
已知轴的材料为Q235钢，取需用应力[σ0]=75MPa ，[σ-1]=45MPa ，轴的直径均为d=40mm ，若起重量相同，Q=20KN ，支承跨距相同（尺寸如图），试分别校核其强度是否满足要求。
题15—33图解：33519.628332/,105.2252/mm d W Nmm Q M ==⨯=⨯=π转动心轴：MPa W M b 45][79.3919.6283105.215=<=⨯==-σσ Q/2 Q/2Q/2 Q/2100 25 25 M固定心轴 Q/2 Q/2 100 25 25 M固定心轴：MPa W M b 75][79.3919.6283105.205=<=⨯==σσ 15—34图示为一台二级锥-柱齿轮减速器简图，输入轴由左端看为逆时针转动。
已知F t1=5000N ，F r1=1690N ，F a1=676N ，d m1=120mm,d m2=300mm ，F t3=10000N ，F r3=3751N ，F a3=2493N ，d 3=150mm ，l 1=l 3=60mm ，l 2=120mm ，l 4=l 5=l 6=100mm ，试画出输入轴的计算简图，计算轴的支反力，画出轴的弯扭图合扭矩图，并将计算结果标在图中。
解：题15—34图15—35 根据题15—34的已知条件，试画出中间轴的计算简图，计算轴的支反力，画出轴的弯扭图和扭矩图，并将计算结果标在图中。
F r3d m1/260840Nmm40560Nmm 300000Nmm306107Nmm 300000NmmF rA F rB n 1 F r1F a1F t1 F rBH F t1 F rAH F rA V F rBV n 140560NmmF a2 F a1F a3F a4F a2 F rC F rDF t3 374400Nmm题15—35图解：N F F N F F N F F r a t t a r 676,50000,1690212121======Θ15—36两级展开式斜齿圆柱齿轮减速器的中间轴的尺寸和结构如图所示。
轴的材料为45钢，调质处理，轴单向运转，齿轮与轴均采用H7/k6配合，并采用圆头普通平键联接，轴肩处的圆角半径为r=1.5mm 。
若已知轴所受扭矩T=292N ·m ，轴的弯矩图如图所示。
试按弯扭合成理论验算轴上截面Ⅰ和Ⅱ的强度，并精确校核轴的疲劳强度。
题15—36图五、结构设计与分析题15—37试指出图示小锥齿轮轴系中的错误结构，并画出正确的结构图。
题15—37图15—38试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。
题15—38图15—39试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构，并画出正确结构图。
题15—39图15—40试指出图示斜齿圆柱齿轮轴系中的错误结构及视图表达错误，并画出正确结构图及视图。
题15—40图 F t2F r2 F a3F a3 F a2F t2 F r2 F r3 F t3 F CHF DH F CVF DV d m2/2d 3/2 66900Nmm666700Nmm 833300Nmm 913545Nmm 670048Nmm 750000Nmm n 2。
