南昌大学机械设计期末复习第十五章
第15章 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b σ的应力循环特性为 A 。
A. r = -1
B. r = 0
C. r = +1
D. -1 < r < +1
(4) 计算表明某钢制调质处理的轴刚度不够。建议：1) 增加轴的径向尺寸; 2) 用合金钢代替碳钢；3) 采
用淬火处理；4) 加大支承间的距离。所列举的措施中有 D 能达到提高轴的刚度的目的。
A. 四种
B. 三种
C. 两种
D. 一种
(5) 为提高轴的疲劳强度，应优先采用 C 的方法。
A. 选择好的材料
B. 增大直径
C. 减小应力集中
(6) 当轴上零件要求承受轴向力时，采用 A 来进行轴向定位，所能承受的轴向力较大。
A. 圆螺母
B. 紧定螺钉
C. 弹性挡圈
(7) 工作时只承受弯矩，不传递转矩的轴，称为 A 。
A. 心轴
B. 转轴
C. 传动轴
D. 曲轴
(8) 采用表面强化如滚压、喷丸、碳氮共渗、渗氮、高频感应加热淬火等方法，可显著提高轴的
C 。
A. 静强度
B. 刚度
C. 疲劳强度
D. 耐冲击性能
(9) 已知轴的受载简图如图15-1所示，则其弯矩图应是 C 。 K U
S T
图15-1 图15-2
(10) 某轴的合成弯矩图和转矩图如图15-2所示。设扭转切应力按对称循环变化，则最大当量弯矩是
D m N ?。
A. 224
B. 337
C. 450
D. 559
(11) 一般，在齿轮减速器轴的设计中包括： ①强度校核 ②轴系结构设计 ③初估轴径min d ④受力分析并确定危险剖面 ⑤刚度计算。正确的设计程序是 C 。
A. B. ①②③④⑤⑤④③②①
C. D. ③②④①⑤③④①⑤②
(12) 用当量弯矩法计算轴的强度时，公式 ()22T M M ca α+=中系数α是考虑 D 。 A. 计算公式不准确 B. 材料抗弯与抗扭的性能不同 C. 载荷计算不精确 D. 转矩和弯矩的循环性质不同 (13) 已知轴的受载如图15-3所示，则其弯矩图应是 A 。 图15-3
K U S T
(14) 轴的常用材料主要是 C 。
A. 铸铁
B. 球墨铸铁
C. 碳钢
D. 合金钢
(15) 对轴进行表面强化处理，可以提高轴的 A 。
A. 疲劳强度
B. 静强度
C. 刚度
D. 耐冲击性能
(16) 在进行轴的疲劳强度计算时，对于一般单向转动的转轴其弯曲应力应按 B 考虑。 A. 静应力 B. 对称循环变应力
C. 脉动循环变应力
D. 非对称循环变应力
(17) 在轴的设计中，采用轴环是 C 。
A. 作为轴加工时的定位面
B. 为了提高轴的刚度
C. 使轴上零件获得轴向定位
D. 为了提高轴的强度
(18) 转轴的强度计算方法有三种，其中 C 为精确计算。
A. 按转矩计算
B. 按当量弯矩计算
C. 安全系数计算
(19) 增大轴在剖面过渡处的圆角半径，其优点是 D 。
A. 使零件的轴向定位比较可靠
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
(20) 按弯曲扭转合成计算轴的应力时，要引入系数α，这是考虑 C 。
A. 轴上有键槽削弱轴的强度而引入的系数
B. 按第三理论合成正应力与切应力时的折合系数
C. 正应力与切应力的循环特性不同的系数
(21) 已知某轴上的最大弯矩为m N ?200，转矩为m N ?150，该轴为单向运转，频繁启动，则计算弯矩(当量弯矩)ca M ，约为 B m N ?。
A. 350
B. 219
C. 250
D. 205
(22) 为了提高轴的强度，在以下措施中， A 是不合理的。
A. 钢轴改为铸铁轴
B. 碳钢改为合金钢
C. 轴表面硬化(渗碳)
D. 加大过渡圆角半径
(23) 为了提高轴的刚度，在以下措施中， B 是无效的。
A. 加大阶梯轴各部分直径
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
(24) 为了改变轴的自振频率，在下列措施中宜采用 D 。
A. 整体淬火
B. 改变碳钢轴为合金钢轴
K U S T
C. 加大阶梯轴过渡圆角
D. 加大轴直径
(25) 轴所受的载荷类型与载荷所产生的应力类型， C 。
A. 相同
B. 不相同
C. 可能相同也可能不同
(26) 在下述材料中不宜用作制造轴的材料的是 B 。
A. 45钢
B. HT150
C. 40Cr
(27) 当轴系不受轴向力作用，该轴系相对机架 C 轴向定位。
A. 无需
B. 只需一端
C. 两端均需
(28) 同一工作条件，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，可以提高轴的 A 而不能提高轴的 B 。
A. 强度
B. 刚度
(29) 轴系结构中定位套筒与轴的配合，应选 A 。
A. 紧一些
B. 松一些
(30) 可拆连接有 A ， D 。
A. 键连接
B. 铆接
C. 焊接
D. 过盈配合连接
(31) 在做轴的疲劳强度校核计算时，对于一般转轴，轴的弯曲应按 D 考虑，而扭转剪应力通常按
A 考虑。
A. 脉动循环变应力
B. 静应力
C. 非对循环变应力
D. 对称循环变应力
(32) 在轴的初步计算中，轴的直径是按 B 进行初步确定的。
A. 弯曲强度
B. 扭转强度
C. 轴段的长度
D. 轴段上零件的孔径
(33) 设计减速器中的轴，其一般设计步骤为 D 。
A. 先进行结构设计，再作转矩、弯曲应力和安全系数校核
B. 按弯曲应力初估轴径，再进行结构设计，最后校核转矩和安全系数
C. 根据安全系数定出轴颈和长度，再校核转矩和弯曲应力
D. 按转矩初估轴颈，再进行结构设计，最后校核弯曲应力和安全系数
(34) 下列密封形式中， D 属于接触式密封。
A. 迷宫式密封
B. 甩油环密封
C. 油沟式密封
D. 毡圈密封
(35) 对于油沟密封，轴和轴承盖通孔之间的间隙 B 。
A. 应较大，以补偿轴的偏心量，半径间隙一般取mm 3~1
K U S T
B. 应较小，半径间隙一般取mm 3.0~1.0
C. 由制造条件决定
D. 应较大，以防止压力液体通过间隙时产生过大的能量损失
(36) 迷宫式密封有径向和轴向两种方式，但通常采用径向式迷宫密封是因为 A 。
A. 在轴向式密封结构中，由于温度的变化，有可能使旋转密封件与固定密封件相接触
B. 径向式密封的结构简单
C. 轴向式密封的制造成本高
D. 径向式密封的效果好
二 填空题
(1) 如将轴类零件按受力方式分类，可将受 弯矩而不受转矩 作用的轴称为心轴，受
转矩而不受弯矩 作用的轴称为传动轴，受 弯矩和转矩 作用的轴称为转轴。
(2) 一般单向回转的转轴，考虑启动、停车及载荷不平衡的影响，其扭转切应力的性质按 脉动循环处理 .
(3) 轴上零件的轴向定位和固定，常用的方法有 轴肩或轴环 ， 套筒 ， 圆螺母 和 轴端挡圈 。
(4) 一般的轴都需有足够的 强度 ，合理的 结构形式和尺寸 和良好的 工艺性能 ，这就是轴设计的要求。
(5) 轴上零件的周向固定常用的方法有 键 ， 紧定螺钉 ， 销 和 过盈配合 。
(6) 轴的直径由mm 40加大至mm 45 (为原来的13.1倍)，如果其他条件不变，轴的扭转角减少到原来的 413.1 倍，当轴的直径由mm 40减少至mm 35 (为原来的87.0倍)时，轴的扭转角增加到原来的 487.0 倍。
(7) 受弯矩作用的轴，力作用于轴的中点，当其跨度减少到原来跨度的1/2时，如果其他条件不变，其挠度为原来挠度的 1/8 。
(8) 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 应力集中 的敏感性。 (9) 按许用扭转剪应力进行强度计算，其强度条件式为 []T 3T 2.09550000ττ≤≈=d n P W T T (10) 一般的轴都需具有足够的 强度 ，合理的结构形式和尺寸以及良好的 工艺性能 ，这就是轴设计的基本要求。 K U S T
(11) 根据承载情况分析，自行车的前轮轴是 心 轴；中轴是 转 轴，而后轮轴是 心 轴。
(12) 按轴线形状，轴可分为 直 轴、 曲 轴和 钢丝软 轴。
(13) 按许用弯曲应力计算的强度条件为()[]122?≤+=σασW T M W
M ca ca ＝。 (14) 轴按当量弯矩进行强度计算时，公式()22T M M ca α+=中α为考虑弯曲应力和扭剪应力的 循环特性 不同而引入的 应力较正 系数；对于大小、方向均不变的稳定转矩，可取α＝ 0.3 ；转矩脉动变化时可取α＝ 0.6 ；对于对称循环变化的转矩，取＝α 1 。
(15) 一般单向回转的转轴，考虑启动、停车及载荷不平稳的影响，其扭转剪应力的性质按 脉动循环 处理。
(16) 轴上需车制螺纹的轴段应设 螺纹退刀 槽，需要磨削的轴段应设 砂轮越程 槽。
(17) 为了便于安装轴上零件，轴 端 及各个轴段的 端 部应有倒角。
(18) 当轴上的键槽多于一个时，应使各键槽位于 同一直线上 ；与滚动轴承相配的轴颈直径应符合 滚动轴承内孔 直径标准。
(19) 用弹性挡圈或紧定螺钉作轴向固定时，只能承受较 小 的轴向力。
(20) 按所受载荷的性质分类，车床的主轴是 转轴 ，自行车的前轴是 固定心轴 ，连接汽车变速箱与后桥以传递动力的轴是 传动轴 。
(21) 轴按受载荷的性质不同，分为 转轴 、 心轴 、 传动轴 。
(22) 提高轴的疲劳强度的措施有 合理布置轴上传动零件的位置 、 合理设计轴上零件的结构 、 减小应力集中 、 提高轴的表面质量 。
(23) 轴受到交变应力的作用，其循环特征为：对称循环时r = -1 ，脉动循环时r = 0 ，静应力时r = +1 。
(24) 轴上零件的轴向固定的常用方法有:(a) 轴肩、轴环 (b) 套筒 ；(c) 端盖 ；d) 挡圈 。
(25) 计算弯矩2/122))((T M M ca α+=中系数α随 扭矩T 变化的性质而定。当扭转切应力为静应
力时，=α 0.30 。当其为脉动循环变应力时， =α 0.59 ;当扭转切应力为对称循环变应力时，=α 1.00 。
(26) 轴的结构常设计为阶梯形，主要是为了 定位与安装轴上零件 。
(27) 如图15-4所示两轮轴的结构方案，当它们材质、直径、起重Q 、跨距都相同的情况下，轴的最大弯矩是b a = ，max σ是b a >，强度最高的是b a <，最大挠度max y 是 b a >。
K U
S T
(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:
① (a) 方案是心轴， (c) 方案为转轴; ②从轴的应力看， (a) 方案受应力较小，
(d) 方案受应力较大; ③从制造装配工艺来看， (a) 方案较好; ④ (a) 方案安装维护最方便。
图15-5
K U S T
(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21T T >，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d 2，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 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。 (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)
K U S T
(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)
(13) 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 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()22T M M ca α+=中α的含义是什么?
答：α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) 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：h R r h C r <<<<， 。
(7) 轴受载以后，如果产生了过大的弯曲变形或扭转变形，对轴的正常工作有什么影响?举例说明之。 K U
S T
答：轴受载以后，如果产生了过大的弯曲变形或扭转变形，将影响轴上零件的正常工作。如安装齿轮的轴的弯曲变形，会使齿轮啮合发生偏载，滚动轴承支承的轴的弯曲变形，会使轴承的内外环相互倾斜，当超过允许值时，将使轴承寿命显著降低。扭转变形过大，将影响机器的精度及旋转零件上载荷的分布均匀性，对轴的振动也有一定影响
(8) 齿轮减速器中，为什么低速轴的直径要比高速轴的直径粗得多?
答：低速轴传递的转矩T 大。
(9) 如图15-7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 ，且1T >2T ，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)，1max T T =；按答图1(b)，21max T T T +=。 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? K U S T
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=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。
K U
S T
(13) 轴的强度计算公式()2
2T M M ca α+=中，α的含意是什么?其大小如何确定? 答：α是根据扭矩性质而定的折算系数：
对于不变的转矩， [][]
3.011≈=+?b b σσα 当转矩脉动时，[][]
6.011≈=??b b σσα 当频繁正、反转时，[][]111≈=
??b b σσα 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15-10(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d 2。
2) 将轴各部分长度1L 、2L 、3L 各减少50％。
3) 轴的材料改为40Cr 钢。
K U S T
图15-11
答：1) 挠度减小1／16，扭转角?减小1／16；
2) 挠度减小1／8，扭转角?减小1／2
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l h b ××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。
b 和h 按轴径d 查取。
L 按标准查取，但比轮毂长度略短。
K U S T
(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o 180的位置，采用两个楔键时相隔o
120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d 。已知手柄作用力N F 2501=，尺寸如图示，心轴材料用45钢，[]MPa 601=?σ。
K U S T
图15-14
解： F F 1008001=，所以18F F =
作用于轴的力119F F F F =+=总
轴上所受的弯矩为mm N F M ?××=×=80250980总
已知45钢,[]311.0,60d W MPa ==?σ, 所以
mm M d 07.3160
1.0802509][1.0331=×××=≥?σ (2) 某铁路货车，一节车厢及其货物总重kN W 480=，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mm 210。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，[]MPa 601=?σ，试确定车轴A —A 截面直径。
图15-15
解：先求出未知力 8
W F =。 画出弯矩图，则2108×=W M ，即 []13.1?≤×=σσW M b 因为轴为45正火，[]32
,603
1d W MPa πσ==?。 解得 mm d 62.140≥
(3) 已知一传动轴，传递功率为kW 37，轴的转速min /960r n =，若轴上许用扭应力[]T τ不能超过MPa 40，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)。
K U S T
解：1） []T
T T d n P W T ττ≤××==362.01055.9 所以 []83.3540
2.0960371055.92.01055.93636=×××=×≥T n P d τ 2） 8.0=β ()
43
116βπ?=d W T ()722.428.01402.0960371055.9346=?××
×≥d 6.0=β ()mm d 537.376.01402.096037
1055.93
46=?××
×≥ 4.0=β ()mm d 15.364.01402.096037
1055.93
46=?×××≥ 3） 8.0=β时，设取长度为L ，相对密度γ，实心轴183.352=γπL
()0568.083.35722.422.0228
.0=××=γπγπL L G 6.0=β 1756.083.35)53.374.0(26.0=××=γ
πγπL L G 4.0=β ()36645.083.3515.366.0224
.0=××=γπγπL L G 从质量上来看，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kW 5.5,轴的转速min /1450r n =，轴用45钢正火，[]MPa T 35=τ，1120=A 。试按许用扭剪应力计算轴的直径。
解：轴的材料为45正火，[]MPa T 35=τ，1120=A ，则由公式
mm n P A d 467.1714505.51123
0==≥ 考虑轴上有一键槽，直径加大5％，mm d 37.18=，取mm 20。
K U S T
(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m N T ?=1000，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1425×=×h b ，L 取mm 80。
联轴器处：1220×=×h b ，L 取mm 125。
齿轮处：][2p p kld
T σσ≤=，查表MPa p 110][=σ，即 mm b L l 552580=?=?= MPa p 579055710100023××××=σ ][p p σσ≤，即齿轮处键的强度足够。
联轴器处：查表MPa p 55][=σ，即 ][p p σσ≤,即联轴器处满足键的强度要求。 (6) 图15-17为在直径mm d 80=的轴端安装一钢制直齿圆柱齿轮，轮毂长d L 5.1=，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1422×=×h b ，1205.1==d L 。设齿轮材料为锻钢，则
MPa p 260][=σ
8822110=?=?=b L l ][4p p dlh
T σσ≤=
所以 mm N dhl T p ?=××××=≤4.6406260104881480][43
σ mm N T ?=4.6406max
(7) 图15-18为圆锥式摩擦离合器，已知传递功率kW P 2.2=，承受冲击载荷，转速min /300r n =，离合器材料为铸钢，轴径mm d 50=，右半离合器的轮毂长mm L 70=。试选择右半离合器的键连接类型及尺寸，并作强度校核。
K U S T
图15-18
解：由mm d 50=，查得键的1016×=×h b ，轮毂长mm 1104070=+，L 取mm 100。
mm N h P T ?=×=×=4.185********.21055.910
55.93636 MPa dlh T p 9.15710
94504.185539844=×××==σ 查表MPa p 75][=σ，][p p σσ<,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。
K U
S T
(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：见答图 3 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 K U
S T
答图4
① 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。
② 轴上所加螺纹段右边一段轴段穿过透盖，该段轴径应小于螺纹内径；
③ 透盖与轴之间应有间隙，且应有密封毡圈；
④ 两轴承内圈之间的轴径应小于轴承内径；
⑤ 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；
⑥ 左轴承内圈左侧轴肩过高，应减至内圈高的2/3左右；
⑦ 套杯凸缘不应在左边，应在右边。
⑧ 箱体孔的中部直径应加大，以减少精加工面；
⑨ 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；
⑩ 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；
○11 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) 圆锥齿轮应与轴用键联接； K U S T
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
南昌大学机械设计基础试题及答案一
南昌大学机械设计基础 试题及答案一 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
南昌大学2008——2009学年 《机械设计基础》期末考试试题一 一、填空题(每空1分，共30分) 零件分为______零件和_____零件；部件是机器的______单元体。 2、运动副是使两构件________，同时又具有_________的一种联接。平面运动副可分为________和_______。 3、机构处于压力角α=_________时的位置，称机构的死点位置。曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件时，机构______死点位置，而当摇杆为原动件时，机构______死点位置。 4、绘制凸轮轮廓曲线，需已知__________、___________和凸轮的转向。 5、为保证带传动的工作能力，一般规定小带轮的包角α≥__________。 6、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件为______和______分别相等。 7．斜齿圆柱齿轮的重合度______直齿圆柱齿轮的重合度，所以斜齿轮传动 ______，承载能力______，可用于____________的场合。 8.机械静联接又可以分为______联接和______联接，其中键联接、螺纹联接、销联接属于_________。 9.螺纹联接防松的目的是防止___________________________，按工作原理的不同有三种防松方式：_________、_________、_________。 10.按轴的承载情况不同，可以分为转轴、________、_________。 二、判断题(每题1分，共10分) 1、所有构件一定都是由两个以上零件组成的。（） 4、V带型号中，截面尺寸最小的是Z型。（） 5、定轴轮系的传动比等于始末两端齿轮齿数之反比。（ 0） 6、在直齿圆柱齿轮传动中，忽略齿面的摩擦力，则轮齿间受有圆周力、径向力和轴向力三个力作用。（） 7、蜗杆传动一般用于传动大功率、大速比的场合。（） 8、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来选择。（） 9、在螺纹联接的结构设计中，通常要采用凸台或鱼眼坑作为螺栓头和螺母的支承面，其目的是使螺栓免受弯曲和减小加工面。（） 10、在相同工作条件的同类型滚动轴承，通常尺寸越大，其寿命越长。（） 三、选择题(每空2分，共20分) 1、若机构由n个活动构件组成，则机构自由度为（） A、>3n B、=3n C、<3n 2、为使机构顺利通过死点，常采用在高速轴上装什么轮增大惯性（√） A、齿轮 B、飞轮 C、凸轮 3、当曲柄为原动件时，下述哪种机构具有急回特性（√）
机械设计基础习题答案第7章
7-1何谓蜗杆传动的主平面？在主平面内，蜗杆传动的参数有何意义？ 答：通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的中间平面称为主平面。 在主平面内，蜗杆蜗轮的啮合关系相当于齿条与齿轮的传动。在蜗杆传动的设计计算中，均取主平面的参数和几何尺寸为基准，并沿用齿轮传动的计算关系。主平面内蜗杆的参数为轴面参数，蜗轮的参数为端面参数。 7-2 何谓蜗杆传动的滑动速度？它对效率有何影响？ 答：蜗杆传动时，蜗杆齿面啮合点相对蜗轮齿面的啮合点间的相对速度称为蜗杆传动的滑动速度。滑动速度越大，传动的效率越低。 7-3 蜗杆热平衡计算的前提条件是什么？但热平衡不满足要求时，可采取什么措施？ 答：热平衡计算的前提条件是：使蜗杆传动单位时间内产生的热量与散发热量相等。当热平衡条件不满足时，可采取以下措施：1.在箱体外表面铸出或焊上散热片，以增加散热面积；2.在蜗杆轴端安装风扇，加速空气流动，提高散热能力；3.在箱体油池中安装蛇形冷却水管，利用循环水冷却；4.用压力喷油的方法进行循环润滑，并达到散热目的。 7-4答案略。 7-5图示为一提升机构传动简图，已知电动机轴的转向（图中n1）及重物的运行方向（图中v）。试确定：（1）蜗杆的旋向；（2）各啮合点上的受力方向。 习题7-5图 答：（1）蜗杆为右旋。（2）各传动件的转动方向如图所示。锥齿轮啮合处，圆周力的方向垂直向外；蜗轮处，根据所需蜗轮到转动方向，圆周力的方向与转向相同，如图；蜗轮所受圆周力的方向为蜗杆轴向力的反向，利用“左右手定则”，判断出蜗杆旋向为右旋。
7-6 图示为蜗杆－斜齿轮传动，为使轴Ⅱ上的轴向力抵消一部分，斜齿轮3的旋向应如何？画出蜗轮及斜齿轮3上轴向力的方向。 答：斜齿轮3的旋向应为左旋。 蜗轮轴向力水平向左，齿轮3的轴向力水平向右 习题7-6答案
机械设计基础第6章
第6章圆柱齿轮传动 6.1 齿轮传动的特点、应用和分类 6.1.1齿轮传动的特点 齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW，齿轮直径可从不到1mm到150m 以上，是现代机械中应用最广的一种机械传动。 齿轮传动与带传动相比主要有以下优点： （1）传递动力大、效率高； （2）寿命长，工作平稳，可靠性高； （3）能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。 齿轮传动与带传动相比主要缺点有： （1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高； （2）不宜作远距离传动。 6.1.2齿轮传动的类型 6.2 渐开线的形成原理及其基本性质 6.2.1 渐开线的形成 直线BK沿半径为rb的圆作纯滚动时，直线上任一点K 的轨迹称为该圆的渐开线。该圆称为渐开线的基圆。 --- 渐开线上rb --- 基圆半径；BK --- 渐开线发生线； k K点的展角 6.2.2 渐开线的性质
（1）发生线沿基圆滚过的线段长度等 于基圆上被滚过的相应弧长。 由于发生线BK在基圆上作纯滚动，故 （2）渐开线上任意一点法线必然与基 圆相切。换言之，基圆的切线必为渐开 线上某点的法线。 因为当发生线在基圆上作纯滚动时，它 与基圆的切点B是发生线上各点在这 一瞬时的速度瞬心，渐开线上K点的轨 迹可视为以B点为圆心，BK为半径所 作的极小圆弧，故B点为渐开线上K 点的曲率中心，BK为其曲率半径和K点的法线，而发生线始终相切于基圆，所以渐开线上任意一点法线必然与基圆相切。（3）渐开线齿廓上某点的法线与该点的速度方向所夹的锐角称为该点的压力角。 （4）渐开线的形状只取决于基圆大小。 基圆愈小，渐开线愈弯曲；基圆愈大，渐开线愈平直。当基圆半径为无穷大，其渐开线将成为一条直线。 （5）基圆内无渐开线。 6.2.3 渐开线方程 建立渐开线方程式前，我们先了解一下渐开线压力角的概 念：
机械设计基础第十四章 机械系统动力学
第十四章 机械系统动力学 14-11、在图14-19中，行星轮系各轮齿数为123z z z 、、，其质心与轮心重合，又齿轮1、2对质心12O O 、的转动惯量为12J J 、，系杆H 对的转动惯量为H J ，齿轮2的质量为2m ，现以齿轮1为等效构件，求该轮系的等效转动惯量J ν。 2222 2121221 12323121 13212 1 13222 12311212213121313 ( )()()()1()()()( )()()()o H H H o H J J J J m z z z z z z z z z O O z z z z z z z O O J J J J m z z z z z z z z νννωωω ωωωω ωω ωωωωνω=+++=-= += +=+-=++++++解： 14-12、机器主轴的角速度值1()rad ?从降到时2()rad ?，飞轮放出的功 (m)W N ，求飞轮的转动惯量。 max min 122 2 121 ()2 2F F Wy M d J W J ?ν??ωωωω==-=-? 解： 14-15、机器的一个稳定运动循环与主轴两转相对应，以曲柄和连杆所组成的转动副A 的中心为等效力的作用点，等效阻力变化曲线c A F S ν-如图14-22所示。等效驱动力a F ν为常数，等效构件（曲柄）的平均角速度值25/m rad s ?=， 3 H 1 2 3 2 1 H O 1 O 2
不均匀系数0.02δ=，曲柄长度0.5OA l m =，求装在主轴（曲柄轴）上的飞轮的转动惯量。 (a) W v 与时间关系图 （b ）、能量指示图 a 2 24()2 3015m Wy=25N m 25 6.28250.02 c va OA vc OA OA va F W W F l F l l F N Mva N J kg m νν=∏?∏=∏+==∏= =?解：稳定运动循环过程 14-17、图14-24中各轮齿数为12213z z z z =、，，轮1为主动轮，在轮1上加力矩1M =常数。作用在轮 2 上的阻力距地变化为： 2r 22r 020M M M ??≤≤∏==∏≤≤∏=当时，常数；当时，，两轮对各自中心的转动惯量为12J J 、。轮的平均角速度值为m ω。若不均匀系数为δ，则：（1）画出以轮1为等效构件的等效力矩曲线M ν?-；（2）求出最大盈亏功；（3）求飞轮的转动惯量F J 。 图14-24 习题14-17图 40Nm 15∏ 12.5∏ 22.5∏ 15Nm ∏ 2∏ 2.5∏ 4∏ 25∏ 1 1 z 2 z 2 r M 2 M ∏ 2∏ 2?
陈立德版机械设计基础第15章课后题答案
第15章 轴承 15.1 滚动轴承的主要类型有哪些？各有什么特点？ 答：（1）深沟球轴承。主要承受径向载荷，也能承受一定的双向轴向载荷、可用于较高转速。 （2）圆锥子轴承。内、外圆可分离，除能承受径向载荷外，还能承受较大的单向轴向载荷。 （3）推力球轴承。套圈可分离，承受单向轴向载荷。极限转速低。 （4）角接触球轴承。可用于承受径向和较大轴向载荷，α大则可承受轴向力越大。 （5）圆柱滚子轴承。有一个套圈（内、外圈）可以分离，所以不能承受轴向载荷。由于是线接触，所以能承受较大径向载荷。 （6）调心球轴承。双排球，外圈内球面、球心在轴线上，偏位角大，可自动调位。主要承受径向载荷，能承受较小的轴向载荷。 15.2 绘制下列滚动轴承的结构简图，并在图上表示出轴承的受力主向：6306、N306、7306ACJ ，30306、51306。 答：按表15.2中表示的简图及受力方向绘制。 15.3滚动轴承的基本额定动载荷C 与基本额定静载荷C ο在概念上有何不同，分别针对何种失效形式？ 答：（1）基本额定动载荷C 与基本额定静载荷C ο在概念上区别在于“动”与“静”二字的区别。C 是指轴承在L 10（单位为106r ）时轴承能承受的最大载荷值；C ο是指在静载荷下极低速运转的轴承。 （2）C 下的失效形式为点蚀破坏；C ο下为永久塑性变形。 15.4 何谓滚动轴承的基本额定寿命？何谓当量动载荷？如何计算？ 答：基本额定寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转时，90%的轴承未发生疲劳点蚀前运转的总转教，或在恒定转速下运转的总工作小时数，分别用L 10、L 10h 表示。 当量动载荷是轴承在当量动载荷P 作用下的寿命与在实际工作载荷（径向和轴向载荷）条件下的寿命相等。其计算方式为 ()P r a P f XF YF =+ 15.5滚动轴承失效的主要形式有哪些？计算准则是什么？ 答：对于一般转速的轴承（10Y /min 第七章 1．轮系的分类依据是什么？ 轮系在运转过程中各轮几何轴线在空间的相对位置关系是否变动 2．怎样计算定轴轮系的传动比？如何确定从动轮的转向？ 定轴轮系的传动比等于组成轮系的各对齿轮传动比的连乘积，也等于从动轮齿数的连乘积与主动轮齿数的连乘积之比。对于首末两轮的轴线相平行的轮系，其转向关系用正、负号表示。还可用画箭头的方法来确定齿轮的转向 3．定轴轮系和周转轮系的区别有哪些? 定轴轮系是指在轮系运转过程中，各个齿轮的轴线相对于机架的位置都是固定的。周转轮系是指在轮系运转过程中，其中至少有1个齿轮轴线的位置不固定，而是绕着其他齿轮的固定轴线回转 4．怎样求混合轮系的传动比？分解混合轮系的关键是什么？如何划分？ 在计算复合轮系时，首要的问题是必须正确地将轮系中的各组成部分加以划分。而正确划分的关键是要把其中的周转轮系部分找出来。周转轮系的特点是具有行星轮和行星架，所以要找到轮系中的行星轮，然后找出行星架（行星架往往是由轮系中具有其他功用的构件所兼任）。每一行星架，连同行星架上的行星轮和行星轮相啮合的太阳轮就组成一个基本的周转轮系，当周转轮系一一找出之后，剩下的便是定轴轮系部分了 5．轮系的设计应从哪些方面考虑? 考虑机构的外廓尺寸、效率、重量、成本等。根据工作要求和使用场合合理地设计对应的轮系。 6．如图7-32所示为一蜗杆传动的定轴轮系，已知蜗杆转速n1 = 750 r/min，z1 = 3，z2 = 60，z3 = 18，z 4 = 27，z5 = 20，z6 = 50。试用画箭头的方法确定z6的转向，并计算其转速。 答：齿轮方向向左，n6=75r/min 7．如图7-33示为一大传动比的减速器，z1 = 100，z2 = 101，z2 = 100，z3 = 99。求：输入件H对输出件1的传动比i H1。 6-1 齿轮啮合传动应满足哪些条件？ 答：齿轮啮合传动应满足：1.两齿轮模数和压力角分别相等；2.12 1≥= p B B b ε，即实际啮 合线B 1 B 2大于基圆齿距p b 。3. 满足无侧隙啮合，即一轮节圆上的齿槽宽与另一轮节圆上的齿厚之差为零。 6-2 齿轮的失效形式有哪些？采取什么措施可减缓失效？ 答：1.轮齿折断。设计齿轮传动时，采用适当的工艺措施，如降低齿根表面的粗糙度，适当增大齿根圆角、对齿根表面进行强化处理（如喷丸、辗压等）以及采用良好的热处理工艺等，都能提高轮齿的抗折断能力。 2.齿面点蚀。可采用提高齿面硬度，降低表面粗糙度，增大润滑油粘度等措施来提高齿面抗点蚀能力。 3.齿面磨损。减小齿面粗糙度、保持良好的润滑、采用闭式传动等措施可减轻或避免磨粒磨损。 4.齿面胶合。可适当提高齿面硬度及降低表面粗糙度，选用抗胶合性能好的材料，使用时采用粘度较大或抗胶合性较好的润滑油等。 5.塑性变形。为减小塑性变形，应提高轮齿硬度。 6-3 现有4个标准齿轮：m 1=4mm ，z 1=25；m 2=4mm ，z 2=50；m 3= 3mm ，z 3=60；m 4=2.5mm ，z 4=40。试问：（1）哪两个齿轮的渐开线形状相同？（2）哪两个齿轮能正确啮合？（3）哪两个齿轮能用同一把滚刀加工？这两个齿轮能否改成同一把铣刀加工？ 答：1.根据渐开线性质4，渐开线的形状取决于基圆半径，基圆半径 ααc o s 2 c o s r mz r b ==。当两齿轮基圆半径相等时，其齿廓形状相同。 98.46cos 2 cos 1 1 11 r == =ααz m r b 97.93cos 2 cos 21 2 22r ===ααz m r b 38.56cos 2 cos 3 3 31b3 r == =ααz m r 98.46cos 2 cos 4 4 44r == =ααz m r b 因此，齿轮1和4渐开线形状相同。 2.两个齿轮能正确啮合条件是两齿轮模数和压力角分别相等。因此，齿轮1和2能够正确啮合。 3.齿轮利用滚刀加工时，只要齿数和压力角相等，齿轮都可用同一把刀具加工。因此，齿轮1和2可用同一把刀具加工。 不能。铣刀加工齿轮为仿形法。需渐开线形状相同。 6-4 什么是软齿面和硬齿面齿轮传动？设计准则是什么？ 答：软齿面齿轮齿面硬度≤350HBS ，应齿面齿轮齿面硬度＞350HBS 。其设计准则分别为： 关于举办2018年南昌大学机械创新设计大赛 暨第八届全国大学生机械创新设计大赛校内选拔赛 各学院： 为了培养学生创新能力与综合设计能力，加强学生动手能力的培养和工程实践的训练，提高学生针对实际需求进行机械创新、设计、制作的实践工作能力，为优秀人才脱颖而出创造条件。同时为全国大学生机械创新设计大赛进行选拔优秀参赛作品，学校将举办2018年南昌大学机械创新设计大赛暨第八届全国大学生机械创新设计大赛选拔赛。 全国大学生机械创新设计大赛是全国最具影响的大学生竞赛项目之一，由教育部高等学校机械基础课程教案指导委员会、全国大学生机械创新设计大赛组委会主办。每两年举办一次，自20XX年开始举办以来，已经成功举办七届。我校在第七届大赛上获得全国一等奖2项，江西省一等奖4项、二等奖3项、三等奖2的好成绩。第八届全国大学生机械创新设计大赛江西省预赛初定于2018年4月在华东交通大学举行，全国决赛将于2018年7月在浙江工业大学举行。 一、举办单位 主办单位：教务处 承办单位：机电工程学院 二、参赛条件 全校本、专科大学生（含2018届毕业生）均可以个人或者小组的方式，每个参赛队学生人数不多于5人，指导老师不多于2人。 三、大赛主题和内容 第八届全国大学生机械创新设计大赛（2018 年）的主题为“关注民生、美好家园”，内容为“1）解决城市小区中家庭用车停车难问题的小型停车机械装置的设计与制作；2）辅助人工采摘包括苹果、柑桔、草莓等10 种水果的小型机械装置或工具的设计与制作”。与限定范围不符的作品不能参赛。设计内容和要求的说明： 1）关于“家庭用车小型停车机械装置”的说明 智慧城市、智慧社会是目前发展的主旋律，而服务则是其核心。根据参赛大学生的特点，结合机械科学与工程的发展，本届大赛针对城市小区停车难的问题，开展小型停车装置的机械创新，重点考察学生方法与装置的创新性，包括以节约场地、节约能源、低成本、免维护等科学的停车方案与机械装置。停放位置可以是车主自有场地，也可以是小区公共场所。设计中追求的目标是空间利用率高、安全、便捷。 范围界定：家庭用车指小轿车、摩托车、电动车、自行车4种；小型停车机械装置指：能停10辆家用轿车以下的停车机械装置；能停30辆及以下的自行车、电动车和摩托车停车机械装置。 说明：选题应主要关注解决现有小区存在的停车难问题，并可以在近期、现有条件下实现。而不是规划新的小区，若干年以后才能实现。限定停车的数量，可节省作品制作成本，鼓励学生将主要精力放在停车机械装置的创新设计方面。共享单车不属于“家庭用车”，用于该类停车装置的设计作品与大赛内容限定范围不符。在设计停车装置时应综合考虑装置的安装基础、车辆进出、装置的防水、安全等综合因素。 鼓新资料推荐 第15章 轴承 15.1滚动轴承的主要类型有哪些？各有什么特点？ 答:（1）深沟球轴承。主要承受径向载荷，也能承受一泄的双向轴向载荷、可用于较高 圆锥子 轴承。内、外圆可分离，除能承受径向载荷外，还能承受较大的单向轴向载 推力球轴承 0套圈可分离，承受单向轴向载荷。极限转速低。 角接触球轴承。可用于承受径向和较大轴向载荷，◎大则可承受轴向力越大。 圆柱滚子轴承。有一个套圈（内、外圈）可以分离，所以不能承受轴向载荷。由于 是线接触，所以能承受较大径向载荷。 （6）调心球轴承0双排球?外圈内球而、球心在轴线上，偏位角大，可自动调位。主要 承受径向载荷，能承受较小的轴向载荷。 15.2绘制下列滚动轴承的结构简图，并在图上表示出轴承的受力主向：6306、N306、 7306ACJ, 30306、51306。 答：按表15.2中表示的简图及受力方向绘制。 153滚动轴承的基本额定动载荷C 与基本额泄静载荷U 在概念上有何不同，分别针对何 种失效形式？ 答：（1）基本额立动载荷c m 基本额左静载荷C'在概念上区别在于“动”与“静”二字 的区别。C 是指轴承在Zdo （单位为13「）时轴承能承受的最大载荷值：C”是指在静载荷下极 低速运转的轴承。 （2） C 下的失效形式为点蚀破坏：G 下为永久塑性变形。 15.4何谓滚动轴承的基本额定寿命？何谓当量动裁荷？如何讣算？ 答：基本额崔寿命是指一批同型号的轴承在相同条件下运转时，90%的轴承未发生疲劳点 蚀前运转的总转教，或在恒立转速下运转的总工作小时数，分别用Lw. L.oh 表示。 当量动载荷是轴承在当量动载荷P 作用下的寿命与在实际工作载荷（径向和轴向载荷） 条件下的寿命相等.貝计算方式为 15.5滚动轴承失效的主要形式有哪些？计算准则是什么？ 答：对于一般转速的轴承（10r/min 联接习题 一、填空 1、螺纹联接常用的防松方法有、和其他方法防松。 2、螺纹的公称直径是指螺纹的_____________________________________。 3、在螺纹联接中，当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔、采用普通螺栓联接时，往往采用_______________联接或双头螺柱联接。 4、键联接用来实现轴和轴上零件之间的________向固定，以传递转矩。 5、计算螺栓强度时用__________径，分析螺纹的受力时用中径。 6、当采用一个键强不够时，可采用两个键。若是平键，两键间角度为_______________。 7、普通平键用于传递扭矩，它的工作面是_____________________。 8、楔键的工作面为______________________________________。 9、用于联接的螺纹是_________________________。 10、普通平键联接的主要失效形式是。导向平键联接的主要失效形式是。 11、_________键联接既可用于传递扭矩，又可承受单向的轴向载荷，但容易破坏轴与轮毂的对中性。 二、选择 1、受预紧力F'和工作拉力F作用的螺栓，其总拉力为______。 A.F 0=F'+F B.F =F+F'' C.F =F'+F'' 2、螺纹的____________________是公称直径。 A.大径 B.小径 C.中径 D.分度圆直径 3、同一公称直径的粗牙和细牙三角螺纹，其自锁性能______________。 A.前者比后者好 B.都一样好 C.后者比前者好 D.都不好 4、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据__________________按标准选取。 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 5、楔键联接的主要缺点是______________________ A.键的斜面加工困难 B.键安装是易损坏 C.键楔紧后在轮毂中产生初拉 力 D.轴和轴上零件对中性差 《机械设计基础》作业答案 第一章平面机构的自由度和速度分析1－1 1－2 1－3 1－4 1－5 自由度为： 1 1 19 21 1 )0 1 9 2( 7 3 ' )' 2( 3 = -- = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 8 2 6 3 2 3 = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－6 自由度为 1 1 )0 1 12 2( 9 3 ' )' 2( 3 = - - + ? - ? = - - + - =F P P P n F H L 或： 1 1 22 24 1 11 2 8 3 2 3 = -- = - ? - ? = - - = H L P P n F 1－10 自由度为： 1 128301)221142(103')'2(3=--=--?+?-?=--+-=F P P P n F H L 或： 1 22427211229323=--=?-?-?=--=H L P P n F 1－11 2 2424323=-?-?=--=H L P P n F 1－13：求出题1-13图导杆机构的全部瞬心和构件1、3的角速度比。 1334313141P P P P ?=?ωω 1 4 1314133431==P P P P ωω 1－14：求出题1-14图正切机构的全部瞬心。设s rad /101=ω，求构件3的速度3v 。 s mm P P v v P /20002001013141133=?===ω 1－15：题1-15图所示为摩擦行星传动机构，设行星轮2与构件1、4保持纯滚动接触，试用瞬心法求轮1与轮2的角速度比21/ωω。 构件1、2的瞬心为P 12 P 24、P 14分别为构件2与构件1相对于机架的绝对瞬心 1224212141P P P P ?=?ωω 1 2 12141224212r r P P P P ==ωω 1－16：题1-16图所示曲柄滑块机构，已知：s mm l AB /100=，s mm l BC /250=， s rad /101=ω，求机构全部瞬心、滑块速度3v 和连杆角速度2ω。 在三角形ABC 中， BCA AB BC ∠= sin 45sin 0 ，52sin = ∠BCA ，5 23cos =∠BCA ， 《机械设计基础》 习 题 解 答 机械工程学院 目录 第0章绪论-------------------------------------------------------------------1 第一章平面机构运动简图及其自由度----------------------------------2 第二章平面连杆机构---------------------------------------------------------4 第三章凸轮机构-------------------------------------------------------------6 第四章齿轮机构------------------------------------------------------- -----8 第五章轮系及其设计------------------------------------------------------19 第六章间歇运动机构------------------------------------------------------26 第七章机械的调速与平衡------------------------------------------------29 第八章带传动---------------------------------------------------------------34 第九章链传动---------------------------------------------------------------38 第十章联接------------------------------------------------------------------42 第十一章轴------------------------------------------------------------------46 第十二章滚动轴承---------------------------------------------------------50 第十三章滑动轴承-------------------------------------------- ------------ 56 第十四章联轴器和离合器------------------------------- 59 第十五章弹簧------------------------------------------62 第十六章机械传动系统的设计----------------------------65 第一章平面机构的自由度 二、单项选择题 1. 两构件通过（）接触组成的运动副称为高副。 A 面 B 点或线 C 点或面 D 面或线 2. 一般情况下，门与门框之间存在两个铰链，这属于（）。 A 复合铰链 B 局部自由度 C 虚约束 D 机构自由度 3. 平面机构具有确定运动的条件是其自由度数等于（）数。 A 1 B 从动件 C 主动件 D 0 4. 所谓机架是指（）的构件。 A 相对地面固定 B 运动规律确定 C 绝对运动为零 D 作为描述其他构件运动的参考坐标点 5. 两构件组成运动副必须具备的条件是两构件（）。 A 相对转动或相对移动 B 都是运动副 C 相对运动恒定不变 D 直接接触且保持一定的相对运动 三、填空题 1. 机构是由若干构件以_______________相联接，并具有__________________________的组合体。 2. 两构件通过______或______接触组成的运动副为高副。 3. m个构件组成同轴复合铰链时具有______个回转副。 四、简答题 1. 何为平面机构？ 2. 试述复合铰链、局部自由度和虚约束的含义？为什么在实际机构中局部自由度和虚约束常会出现？ 3. 计算平面机构自由度，并判断机构具有确定的运动。 （1）（2） （3）（4） （5）（6） 五、计算题 1. 计算机构自由度，若有复合铰链、局部自由度和虚约束，请加以说明。 2. 计算图示连杆机构的自由度，为保证该机构具有确定的运动，需要几个原动件？为什么？ 参考答案 二、单项选择题 1. B 2. C 3. C 4. D 5. D 三、填空题 1. 运动副确定相对运动 2. 点线 3. m-1 四、简答题 1. 平面机构：组成机构的所有构件都在同一平面或几个互相平行的平面运动，这种机构称为平面机构。 南昌大学机械设计基础-试题及答案（一） 6、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件为 分别相等。 7 .斜齿圆柱齿轮的重合度 _________ 齿圆柱齿轮的重合度，所以 斜齿轮传动 _________ ，承载能力 ________ ，可用于 _______________■勺场 合。 8. 机械静联接又可以分为 ________ 联接和 ________ 接，其中键联 接、螺纹联接、销联接属于 _____________ 。 9. _____________________________________________________ 螺纹联接防松的目的是防止 ___________________________________________ , 按工作原理的不同有三种防松方式： _______________ 、 ___________、 O 10. ___________________________________________ 按轴的承载情况不同，可以分为转轴、 __________________________________ > 在直齿圆柱齿轮传动中，忽略齿面的摩擦力，则轮齿间受有 径向力和轴向力三个力作用。（ ） 蜗杆传动一般用于传动大功率、大速比的场合。 设计键联接时，键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来选 择。（） 9、 在螺纹联接的结构设计中，通常要采用凸台或鱼眼坑作为螺 栓头和螺母的支承面，其目的是使螺栓免受弯曲和减小加工面。 （） 10、 在相同工作条件的同类型滚动轴承，通常尺寸越大，其寿 命越长。（） 南昌大学2008—— 2009学年 《机械设计基础》期末考试试题 一 、填空题（每空1分，共30分） 件是机 、1、构 分为 _ __ 2、运动副是使两构件 联接。平面运动副可分为 -机构处于压力角a 置。曲柄摇杆机构，亍” 当摇杆为原动件时，机构 轮的转向 .............. 器的—_零件兀 器的 _单元体， ___ _ __ 单兀体。t 同时文具有 — 的一种 。 时的位置，称机构的死点位 死点位置，而 ________ 和凸 般规定小带轮的包角a 》 零件 "角 a 一 ........ _ ........... ”…， 当曲柄为原动件时，、机构 I 八〃— 机构 死点位 4、 绘制凸轮轮廓曲线:需已知八、 5、 为保证带传动的工作能力， 。 3、 二 1>22334 O 。冲 1咼灶 越刚 能起 岸引 。力时 的传动 成构运 组谱 件规 5)^大动 分上越运 O 以压 1 角寧 尹两动按 」由传件 分是劫 § 1都中从 翅定构， 侮一机中 定带型号的专截面尺寸最末两端齿轮型 第 6 章间歇运动机构 （一）教学要求 1．掌握各种常用机构的工作原理 2．了解各种机构的组成及应用 （二）教学的重点与难点 1．工作原理 2．常用机构的应用 （三）教学内容 6.1槽轮机构 一、组成、工作原理 1．组成：具有径向槽的槽轮，具有圆销的构件，机架 2．工作原理： 构件 1→连续转动；构件2（槽轮）→时而转动，时而静止 当构件 1 的圆销 A 尚未进入槽轮的径向槽时，槽轮的内凹锁住弧被构件 1 的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。 当构件 1 的圆销 A 开始进入槽轮径向槽的位置，锁住弧被松开，圆销驱使槽轮传动。 当圆销开始脱出径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又被构件 1 的外凸圆弧卡住，槽轮静止不动。 往复循环。 4 个槽的槽轮机构：构件 1 转一周，槽轮转1 周。4 6 个槽的槽轮机构：构件 1 转一周，槽轮转1 周。6 二、槽轮机构的基本尺寸和运动系数 1．基本尺寸 b l (r r s )r s——圆销的半径 r l sin2b——槽轮回转中心到径向槽底的距离 a l cos2a——槽轮回转中心到径向槽口的距离 r——圆销中心到构件 1 中心的距离 l ——两轮回转中心之间的距离 2．运动系数（τ ）：槽轮每次运动的时间 m t 之比。 t 对主动构件回转一周的时间 t m21（构件 1 等速回转） t2 2 1——槽轮运动时构件 1 转过的角度 （通常，为了使槽轮 2 在开始和终止运动时的瞬时角速度为零。以避免圆销与槽发生撞击，圆销进入、退出径向槽的瞬间使O1A ⊥O2A ） ∴ 2 1222 Z ∴ 21Z211 22Z2Z 讨论： 1、τ>0，∴ Z ≥3 τ=0，槽轮始终不动。 2、111 2Z ：槽轮的运动时间总小于静止时间。 2 3、要使1 ，须在构件 1 上安装多个圆销。2 设 K为均匀分布的圆销数， K (Z2) 2Z 三、槽轮机构的特点和应用 优点：结构简单，工作可靠，能准确控制转动的角度。常用于要求恒定旋转角的分度机构中。 缺点：①对一个已定的槽轮机构来说，其转角不能调节。 ②在转动始、末，加速度变化较大，有冲击。 应用：应用在转速不高，要求间歇转动的装置中。 电影放映机中，用以间歇地移动影片。 自动机中的自动传送链装置。（布图） 南昌大学机械设计基础 试题及答案 集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988） 南昌大学2008——2009学年 《机械设计基础》期末考试试题一 一、填空题(每空1分，共30分) 零件分为______零件和_____零件；部件是机器的______单元体。 2、运动副是使两构件________，同时又具有_________的一种联接。平面运动副可分为________和_______。 3、机构处于压力角α=_________时的位置，称机构的死点位置。曲柄摇杆机构，当曲柄为原动件时，机构______死点位置，而当摇杆为原动件时，机构______死点位置。 4、绘制凸轮轮廓曲线，需已知__________、___________和凸轮的转向。 5、为保证带传动的工作能力，一般规定小带轮的包角α≥ __________。 6、渐开线标准直齿圆柱齿轮正确啮合的条件为______和______分别相等。 7．斜齿圆柱齿轮的重合度______直齿圆柱齿轮的重合度，所以斜齿轮传动______，承载能力______，可用于____________的场合。 8.机械静联接又可以分为______联接和______联接，其中键联接、螺纹联接、销联接属于_________。 9.螺纹联接防松的目的是防止___________________________，按工作原理的不同有三种防松方式：_________、_________、_________。 10.按轴的承载情况不同，可以分为转轴、________、_________。 二、判断题(每题1分，共10分) 1、所有构件一定都是由两个以上零件组成的。（） 4、V带型号中，截面尺寸最小的是Z型。（） 5、定轴轮系的传动比等于始末两端齿轮齿数之反比。（ 0） 6、在直齿圆柱齿轮传动中，忽略齿面的摩擦力，则轮齿间受有圆周力、径向力和轴向力三个力作用。（） 7、蜗杆传动一般用于传动大功率、大速比的场合。（） 8、设计键联接时，键的截面尺寸通常根据传递转矩的大小来选择。（） 9、在螺纹联接的结构设计中，通常要采用凸台或鱼眼坑作为螺栓头和螺母的支承面，其目的是使螺栓免受弯曲和减小加工面。（） 10、在相同工作条件的同类型滚动轴承，通常尺寸越大，其寿命越长。（） 三、选择题(每空2分，共20分) 1、若机构由n个活动构件组成，则机构自由度为 （） 第一章 前面有一点不一样，总体还行~~~ 1-1.机械零件常用的材料有哪些？为零件选材时应考虑哪些主要要求？ 解：机械零件常用的材料有：钢(普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、铸钢)，铸铁，有色金属（铜及铜合金、铝及铝合金）和工程塑料。 为零件选材时应考虑的主要要求： 1.使用方面的要求： 1）零件所受载荷的大小性质，以及应力状态， 2）零件的工作条件， 3）对零件尺寸及重量的限制， 4）零件的重要程度， 5）其他特殊要求。 2.工艺方面的要求。 3.经济方面的要求。 1-2.试说明下列材料牌号的意义：Q235,45,40Cr,65Mn,ZG230-450,HT200,ZcuSn10P1,LC4. 解：Q235是指当这种材料的厚度（或直径）≤16mm时的屈服值不低于235Mpa。 45是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十五。 40Cr是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之四十并且含有平均质量分数低于1.5%的Cr 元素。 65Mn是指该种钢的平均碳的质量分数为万分之六十五并且含有平均质量分数低于1.5%的Mn元素。 ZG230-450表明该材料为铸钢，并且屈服点为230，抗拉强度为450. HT200表明该材料为灰铸铁，并且材料的最小抗拉强度值为200Mpa. ZCuSn10P1铸造用的含10%Sn、1%P其余为铜元素的合金。 LC4表示铝硅系超硬铝。 1-6.标准化在机械设计中有何重要意义？ 解：有利于保证产品质量，减轻设计工作量，便于零部件的互换和组织专业化的大生产，以及降低生产成本，并且简化了设计方法，缩短了设计时间，加快了设计进程，具有先进性、规范性和实用性，遵照标准可避免或减少由于个人经验不足而出现的偏差。 第二章 2-7.为什么要提出强度理论？第二、第三强度理论各适用什么场合？ 解：材料在应用中不是受简单的拉伸、剪切等简单应力状态，而是各种应力组成的复杂应力状态，为了判断复杂应力状态下材料的失效原因，提出了四种强度理论，分别为最大拉应力理论、最大伸长线应变理论、最大切应力理论、畸变能密度理论。 第二强度理论认为最大伸长线应变是引起断裂的主要因素，适用于石料、混凝土、铸铁等脆性材料的失效场合。 第三强度条件：认为最大切应力是引起屈服的主要因素，适用于低碳钢等塑性材料的失效场合。 2-15.画出图示梁的弯矩图。 机械设计基础课程形成性考核作业（一） 第1章 静力分析基础 1．取分离体画受力图时，__CEF__力的指向可以假定，__ABDG__力的指向不能假定。 A ．光滑面约束力 B ．柔体约束力 C ．铰链约束力 D ．活动铰链反力 E ．固定端约束力 F ．固定端约束力偶矩 G ．正压力 2．列平衡方程求解平面任意力系时，坐标轴选在__B__的方向上，使投影方程简便；矩心应选在_FG_点上，使力矩方程简便。 A ．与已知力垂直 B ．与未知力垂直 C ．与未知力平行 D ．任意 E ．已知力作用点 F ．未知力作用点 G ．两未知力交点 H ．任意点 3．画出图示各结构中AB 构件的受力图。 4．如图所示吊杆中A 、B 、C 均为铰链连接，已知主动力F ＝40kN,AB ＝BC ＝2m,α＝30?.求两吊杆的受力的大小。 解：受力分析如下图 列力平衡方程： 又因为 AB=BC 第2章 常用机构概述 1．机构具有确定运动的条件是什么? 答：当机构的原动件数等于自由度数时，机构具有确定的运动 2．什么是运动副？什么是高副？什么是低副？ 答：使两个构件直接接触并产生一定相对运动的联接，称为运动副。以点接触或线接触的运动副称为高副，以面接触的运动副称为低副。 3．计算下列机构的自由度，并指出复合铰链、局部自由度和虚约束。 （1）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （2）n ＝5，P L ＝7，P H ＝0 C 处为复合铰链 （3）n ＝7，P L ＝10，P H ＝0 （4）n ＝7，P L ＝9，P H ＝1 E 、E ’有一处为虚约束 F 为局部自由度 C 处为复合铰链 第3章 平面连杆机构 1．对于铰链四杆机构，当满足杆长之和的条件时，若取_C_为机架，将得到双曲柄机构。 A ．最长杆 B ．与最短杆相邻的构件 C ．最短杆 D ．与最短杆相对的构件 2．根据尺寸和机架判断铰链四杆机构的类型。 a ）双曲柄机构 b ）曲柄摇杆机构 c ）双摇杆机构 d ）双摇杆机构 3．在图示铰链四杆机构中，已知，l BC =150mm ，l CD =120mm ，l AD =100mm ，AD 为机架；若想得到双曲柄机构，求l AB 的最小值。 解：要得到双曲柄机构，因此AD 杆必须为最短杆； 若AB 为最长杆，则AB ≥BC ＝150mm 若BC 为最长杆，由杆长条件得： 因此AB l 的最小值为130mm 4．画出各机构的压力角传动角。箭头标注的构件为原动件。 ．如下图： 第4章 凸轮机构 1．凸轮主要由__凸轮___，___推杆__和___机架___三个基本构件组成。 2．凸轮机构从动件的形式有__尖顶_从动件，_滚子_从动件和_平底__从动件。 3．按凸轮的形状可分为__盘形_凸轮、_圆柱_凸轮和__曲面__凸轮。 4．已知图示凸轮机构的偏心圆盘的半径R ＝25mm ，凸轮轴心到圆盘中心的距离L=15mm ，滚子半径r T =5mm 。试求： （1）凸轮的基圆半径R O ＝？解：（1）mm r L R R T 15515250=+-=+-= （2） （4）mm r L R L r R S T T 98.10)()(22=----+=机械设计基础第七章习题答案 主编：陈霖 甘露萍
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