机械设计习题集第十六章轴
机械设计基础复习精要：第16章 滚动轴承
202第16章 滚动轴承16.1考点提要１6.1.1．重要的术语及基本概念滚动轴承的基本结构及材料、滚动轴承的类型、轴承的代号、载荷角和接触角、基本额定动载荷和基本额定寿命、当量动载荷、当量静载荷、16.1.2．滚动轴承类型选择应主要考虑的因素滚动轴承类型选择应主要考虑的因素有：1）轴承的载荷：轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。
2）轴承的转速：在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。
3）轴承的调心性能；4）轴承的安装和拆卸。
5）经济性。
16.1.3．滚动轴承的载荷角和接触角接触角是滚动体与外圈的接触法线和半径方向之间所夹锐角。
如图１６.1（ａ）（ｂ）（ｃ）所示。
接触角反映了轴承承受载荷方向的特性。
接触角是滚动轴承的一个主要参数，轴承的受力分析和承载能力等都与接触角有关。
接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也越大。
图１６.1 接触角和载荷角载荷角 是轴承实际承受的径向载荷R 与轴向载荷的合力与半径方向的夹角。
如图１６.１（ｄ）所示。
游隙是滚动体内圈、外圈滚道之间的最大间隙。
如图１６.2所示。
游隙是影响轴承运转精度、使用寿命、噪声级别以及温升的重要数据，控制游隙是项重要的工作。
图１６.２径向间隙偏斜角一般指调心轴承内、外圈轴线相对倾斜时所夹的锐角。
此类轴承通常具有偏位角203的自适应性能，当轴承座孔与轴发生轴线偏离时，它可以自动适应轴心的偏斜。
故这种轴承也称作调心轴承。
16.1.4滚动轴承的力分析、失效形式和计算准则（１）力分析向心推力滚动轴承工作时，并非所有滚动体都同时受载。
滚动体同时受载的程度与轴承所受的径向力和轴向力的大小有关，一般以控制约半圈滚动体同时受载为宜。
（2）滚动轴承的失效形式和计算准则滚动轴承在工作时，滚动体和、内外圈都分别受到不同的脉动接触应力，因此，其失效形式主要有：点蚀、塑性变形、磨粒磨损和黏着磨损以及腐蚀．以及由于操作或维护不当引起的元件破裂。
机械设计基础第16章 轴的结构改错解答
例：图所示轴的结构有哪些不合理的地方？用文字说明。
①——联轴器左端无轴端挡圈②——联轴器无周向固定（缺键）③——联轴器右端无轴向固定④——套筒过高⑤——轴头长度等于轮毂宽度⑥——齿轮无周向固定（缺键）⑦——定位轴肩过高⑧——缺调整垫片1、键无法装上3、运动件不能与静止件接触15、轴承盖不能与轴直接接触，缺少密封5、缺少密封和调节垫6、轴颈该段长度太长14、套筒外径太大7、齿轮轴向夹不紧13、键太长，且与另一键不在同一侧面12、轴肩太高8、缺少密封和调节垫11、轴承应安装成肩并肩9、多余10、轴不能与轴承盖接触2、无法定位4、箱体外面加工面与非加工面未分开例2: 分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）1、轴上零件的固定联轴器轴向和周向均未固定例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）1、轴上零件的固定齿轮周向未固定例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）齿轮轴向用套筒固定得不可靠1、轴上零件的固定2、转动件与静止件的关系联轴器与轴承盖接触1、轴上零件的固定例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）2、转动件与静止件的关系轴与轴承盖接触1、轴上零件的固定例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）箱体端面的加工面积过大1、轴上零件的固定2、转动件与静止件的关系例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）1、轴上零件的固定2、转动件与静止件的关系3、零件的结构工艺性轴承盖无退刀槽轴承盖外端面的加工面积过大3、零件的结构工艺性2、转动件与静止件的关系1、轴上零件的固定例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
（轴承采用脂润滑）1、轴上零件的固定2、转动件与静止件的关系3、零件的结构工艺性右轴头伸出过长4、装拆与调整轴缺少台阶，轴承装拆不便3、零件的结构工艺性2、转动件与静止件的关系1、轴上零件的固定例2:分析齿轮轴系的错误，并改进之。
机械设计第十六章
第十六章轴16.1选择题16.1.1 自行车轮的轴是。
a）心轴 b）转轴 c）传动轴16.1.2 自行车大链轮的轴（脚蹬轴，又称中轴）是。
a）心轴 b）转轴 c）传动轴16.1.3 后轮驱动的汽车，起前轮的轴是。
a）心轴 b）转轴 c）传动轴16.1.4 某45钢轴的刚度，可采取措施来提高其刚度。
a）用40Cr钢代替 b）淬火 c）增大轴的尺寸d）改进轴的结构以减轻应力集中16.1.5 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，采用材料为宜。
a）45钢正火b）Q255 c）38CrMoAlA d）45钢调质16.1.6 对大直径轴的轴肩圆周角处进行喷丸处理，起目的是。
a）是尺寸精确些 b）达到规定的表面粗糙度c）降低材料对应力集中的敏感性 d）提高材料的抗腐蚀性能16.1.7 计算当量弯矩M'=[M2+（αT）2]0.5，α是根据转矩性质而定的校正系数，当承受的转矩是对称循环时，α= 。
a）0.3 b）0.6 c）1.0 d）1.516.1.8 转轴设计中，当弯矩是第Ш类（对称循环）而转矩是第П类（脉动循环）时，其修正系数α等于。
a）[σ-1]b/ [σ0]b b）[σ0]b / [σ-1]bc）[σ-1]b/ [σ+1]b d）[σ+1]b / [σ-1]b16.1.9 转轴在精确计算时，首先应确定断面的位置。
a）危险 b）承受最大合成弯矩处c）应力集中较大处16.1.10 材料为钢质的传动轴，轴上分置四个带轮（如图），主动轮C上输入功率P C=65KW，三个从动轮A、B、D其输出功率分别为P A=15KW、P B=20KW、P D=30KW，当轴n=470r/min时，受扭矩最大。
a）A-B极 b）B-C极 c）C-D 极16.1.11 空心轴与同尺寸的实心轴相比较，其抗扭强度，而其重量。
a）降低 b）增强 c）不变16.1.12 原则上轴上配合表面应取标准直径，对于d=100~200mm，其尾数为。
机械设计16章解析
缺点：
① 强度低，尤其抗弯强度低 ② 铸造品质不稳定
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.2 轴的材料 球墨铸铁
只适合形状复杂轴
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.3 轴设计的主要问题
设计计算 结构设计
强度计算 刚度计算 振动、稳定性计算
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第16章 轴
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第16章 轴
16.1 概述
支承回转零件及传递运动和动力的零件
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类 按外形不同分类
按承载情况不同分类
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第16章 轴
16.1 概述
16.1.1 轴的分类 按外形不同分类
直轴 曲轴 钢丝软轴
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第16章 轴
目的： 防止因弯曲、扭转变形过大而影响机器正常运转
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第4篇 轴、轴承、联轴器
第16章 轴
第16章 轴
重点：
阶梯轴的结构设计 阶梯轴的强度、刚度计算方法 轴毂联接
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第16章 轴
难点：
阶梯轴的结构设计 轴的疲劳强度校核
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第16章 轴
16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6
概述 轴的结构设计 轴的强度计算 轴的刚度计算 轴的临界转速 提高轴的强度、刚度和减轻重量的措施
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第16章 轴
16.1 概述
M
16.1.1 轴的分类
按承载情况不同分类
转轴 心轴 传动轴
转动心轴 固定心轴
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大学机械设计习题-滚动轴承习题及答案
！第十六章滚动轴承重要基本概念1．滚动体和内、外圈所受的载荷和应力在滚动轴承正常工作时，滚动体和内外圈滚道均受变载荷和变应力。
其中，滚动体和转动套圈承受周期性非稳定脉动循环的变载荷（变接触应力），固定套圈则承受稳定的脉动循环的变载荷（接触应力）。
2．滚动轴承的失效形式滚动轴承的主要失效形式（又称正常失效形式）是滚动体或内外圈滚道上发生疲劳点蚀。
当轴承转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动，且静载荷很大时，其失效形式是滚动体或内外圈滚道表面发生塑性变形。
3．滚动轴承的设计准则对于正常转动工作的轴承，进行针对疲劳点蚀的寿命计算。
对于转速很低(n≤10r/min)或只慢慢摆动的轴承，进行静强度计算。
…4．滚动轴承的基本额定寿命基本额定寿命：一批相同的轴承在相同的条件下运转，当其中10%的轴承发生疲劳点蚀破坏（90%的轴承没有发生点蚀）时，轴承转过的总转数L10（单位为106转），或在一定转速下工作的小时数L10h （单位为小时）。
5．滚动轴承的基本额定动载荷C是指轴承寿命L10恰好为1（106转）时，轴承所能承受的载荷。
表示轴承的承载能力。
对于向心轴承：C 是纯径向载荷；对于推力轴承：C 是纯轴向载荷；在使用中要注意C 的3条含义：90%可靠度、基本额定寿命106 转、C 的方向。
精选例题与解析例16-1 一根装有两个斜齿轮的轴由一对代号为7210AC的滚动轴承支承。
已知两轮上的轴向力分别为F a1 = 3000 N，F a2 = 5000 N，方向如图。
轴承所受径向力R1= 8000 N，R2 = 12000 N。
冲击载荷系数f d = 1，其它参数见附表。
求两轴承的当量动载荷P1、P2。
&例11-1图1解：1．求内部派生轴向力S 1、S 2的大小方向S 1 = = ×8000 = 5440 NS 2 = = ×12000 = 8160 N ，方向如图所示。
< 2．求外部轴向合力F AF A = F a2－F a1 = 5000－3000 = 2000 N ，方向与F a2的方向相同，如图所示。
机械设计基础第十六章轴
轴第十六章mm65d?齿轮轮毂中所示直齿轮减速器输出轴在安装齿轮处地直径,16-4116-13、已知图mm?d300力,所轮分度圆直径为受圆周料长85mm,齿轮和轴地材均为45钢.齿0NF?8000则该平键所能.试选择该处平键地尺寸.如果轮毂材料为铸铁,,载荷有轻微冲击t传递地转矩T有多大？解：普通平键的挤压强度条件为T4F??=]??[p p dhlA?,?10012045号钢在轻微冲击下的[MPa]p?MPa?110取[]p d0.30?8000??1200Nm T?F t2212004?F4T6?10则有：?=??110?p hldhl0.065A48002mm?6.71hl?610?0.065?110mm70mm?L?~?(12)?(5~10)?79~73?又一般选键长L?B?(1~2)(5~10)?85又d=65mm，查表6-8可选择的键截面尺寸为：b?h?18?11?l=L?b?70?18?52mm671?12.9mm?与实际情况不符。
则要求h52671?10.8mm合适??1862mm要求LL 顾可选?80mm则l=?b?80?h62如果轮毂材料为铸铁，则该平键所能承受的最大挤压力为????=60MPa。
]=5060MPa,取[][pp4T??max得，传递的最大转矩为：=[]则由p dhl-3-610?11?62dhl65?10?6???664.95N??6010[?m T]=pmax44Q255钢minr/720n?16kN?W.,转速16-14、已知一传动轴所传递地功率,材料为求该.传动轴所需地最小直径．解：当传动轴传递的功率为N?16KW时，其扭转强度条件为P3109550?T n???]?[?3dW0.2?1955?即：d???A333?]nn0.2?[其中P?16KW,n?720r/min，16mm?33.18?118A?时d?118?372016 当A?126.5mm时，d?126.5??35.56372016?37.95?时，d?mm135?当A135372016-15、图16-42所示为一直齿圆柱齿轮减速器输出轴地示意图.有关尺寸如图所示.轴承宽N?5.5kW,传递地功率为50mm,分度圆直径为200mm,转速度为20mm；齿轮宽度为n?300r/min.试按弯扭合成强度计算轴地直径并绘出轴地结构图.解：（1）作计算简图并求支反力P9550?5.5T=9550??175.08Nm300n175.08?T20002000N1750.8???圆周力Ft200d??1750.8?tan20??637.2径向力Ftan?F N trF F tr BAT=175.08CF Ax F FF Bx ByAyF1750.8?t??N F?M0F875.4??BxxAA22F637.2r N F????F318.6ByAy22．M?F?l?875.4?0.2?175.08Nm AxcxmN?63.720.2?l?318.6??MF Aycy2222m63.72N MM???M175.08?186.3?cycxc2222?m?213.88N MM??()T175.08)?186.3?(0.6?maxcVM10213.8810?V33.88?mm??d?336?]55?[101?。
最新机械设计专升本章节练习题(含答案)——轴
第15章轴【思考题】15-1 轴的功用是什么？15-2 什么是传动轴、心轴、转轴，他们的区别是什么？15-3 分析一下自行车的前轴、中轴和后轴的受载情况，他们各属于什么轴？15-4 轴的一般设计步骤是什么？15-5 轴的常用材料有那些？15-6 为什么当轴的刚度不够时，选用合金钢来代替普碳钢效果不明显？15-7 弯扭合成强度计算时，折算系数的意义是什么？15-8 在什么情况下要作轴的刚度计算？A级能力训练题1.最常用的制造轴的材料是______。
设计承受很大载荷的轴，宜选用的材料是______。
（1）20号钢（2）45号钢（3）40Cr （4）QT400-172.为使零件在轴向定位比较可靠，零件的倒角或圆角半径r与轴肩处的圆角半径R必须满足______。
（1）R=r （2）R>r （3）R<r3.增大轴在剖面过渡处的圆角半径，其优点是______。
（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4.轴上安装有紧配合的零件，应力集中将发生在轴上______。
（1）轮毂中段部位（2）沿轮毂两端部位（3）距离轮毂端部为1/2轮毂长度部位5.在轴的初步计算中，轴的直径是按______来初步确定的。
（1）弯曲强度（2）扭转强度（3）轴段的长度（4）轴段上零件的孔径6.主动齿轮1，通过中间齿轮2，带动从动齿轮3以传递功率。
则中间齿轮2的轴是______。
（1）转轴（2）心轴（3）传动轴7.对轴采用表面热处理或表面冷加工的方法，可以提高它的______。
（1）静力强度（2）疲劳强度（3）耐冲击性能（4）刚度8. 材料为45钢经调质处理的轴由计算发现处于危险共振区，解决的措施是______。
（1）采用其它钢材 （2）采用表面硬化处理 （3）改变轴的直径9. 自行车轮的轴是______；自行车当中链轮的轴是______。
（1）转轴 （2）心轴 （3）传动轴10. 汽车下部，由发动机、变速器，通过万向节联轴器带动后轮差速器的轴是______。
机设习题集16-20
选择题16-1工作时承受弯矩并传递转矩的轴，称为 __________ 。
（A ）心轴（B ）转轴（C ）传动轴16-2工作时承受弯矩，不传递转矩的轴，称为 _______________ 。
（A ）心轴（B ）转轴（C ）传动轴16-3工作是以传递转矩为主，不承受弯矩或弯矩很小的轴，称为 _________________ 。
（A ）心轴（B ）转轴（C ）传动轴 16-4自行车的前轴是 _____________ 。
（A ）心轴（B ）转轴（C ）传动轴 16-5自行车的中轴是 _____________ 。
（A ）心轴（B ）转轴（C ）传动轴 16-6轴环的用途是 ____________ 。
（A ）作为轴加工时的定位面（B ）提高轴的强度（C ）提高轴的刚度（D ）是轴上零件获得轴向 定位 16-7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。
（A ）螺母（B ）紧定螺钉（C ）弹性挡圈16-8增大轴在载面变化处的过渡圆角半径，可以 _____________ 。
（A ）使零件的轴向定位比较可靠 （B ）降低应力集中，提高轴的疲劳强度（ C ）是轴的加工方便16-9轴上安装有过盈配合零件时，应力集中将发生在轴上（）。
（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16-10采用表面强化如辗压、喷丸、碳氮共渗、氮化、渗氮、高频或火焰表面淬火等方法，可显 著提高轴的（）。
（A ）静强度（B ）刚度（C ）疲劳强度（D ）耐冲性能 16-11在轴的初步计算中，轴的直径是按（）初步确定的。
（A ）弯曲强度（B ）扭转强度（C ）复合强度（D ）轴段上零件孔径 16-12减速器中，齿轮轴的承载能力主要受到（）的限制。
（A ）短期过载下的静力强度（B ）疲劳强度（C ）脆性破坏（D ）刚度 16-13转轴上载荷和支点位置都已确定后，轴的直径可以根据（ ）来进行计算或校核。
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第十一章轴
题11－1 简述轴的结构设计应满足的基本要求。
指出图中结构设计的错误，在错误处标出序号，并按序号一一说明理由。
题11－1图
解题分析：轴的结构设计应满足的基本要求是：
1．轴及轴上零件应有确定的位置和可靠固定；
2．轴上零件应便于安装，折卸和调整；
3．轴应具有良好的加工工艺性；
4．力求受力合理，有利提高疲劳强度和刚度。
解答：图中的主要错误分析（题解11-1 图）
题解14－1图
1．轴肩过高挡住了轴承内圈，轴承不便于折卸；
2．与齿轮相配合的轴的两边均有轴肩，齿轮无法安装；
3．键的顶面应与轮毂槽底面应有间隙，且轮毂槽应开通，轴上键槽处应有局部剖视；
4．轴承不便于安装，此处应该有过渡轴肩；
5．此处的轮毂没有确定的位置，且无轴向固定；
6．键过长，且两键不在同一方位，不便于加工；
7．轴端过长，轮毂无法进行轴向固定。
题11－2根据图示卷筒轴的三种设计方案填写下表（表中轴的类型为按承载情况分）：
题11－2图
解答：
题11－3 设计图示单级斜齿圆柱齿轮减速器低速轴的结构。
已知齿轮相对于支承为对称布置，齿轮宽度b 2＝100 mm ，轴承为7308AC ，两支承间的跨度L ＝200mm ，外伸端装有一个半联轴器，孔的直径在25～35mm 之间，轴与孔的配合长度为L ′＝60mm 。
解答：1、确定各段轴的直径：
（1）与联轴器配合处的直径d ：选联轴器的型
号为
82YA302
6YC28HL2
⨯⨯，半联轴器的孔径d =28 mm ，
长圆柱形轴孔，孔长L = 62 mm。
（2）轴身处直径d 1：考虑半联轴器的定位和固
题11-3 图
定，应有一个定位轴肩，此段轴为外伸轴，其上装有
密封圈，应取相应的标准直径。
所以取d1 =35mm。
（3）安装滚动轴承处轴颈直径d2、、d6：为便于轴
承安装，d1与d2之间应有一非定位轴肩，轴肩高度一
般为1～3 mm，且轴颈直径必须满足滚动轴承孔径要求。
因此选择7308AC轴承，内径为40 mm，所以d2 = d6 =40 mm。
（4）安装齿轮处轴段直径d3：为装配方便，并考虑强度要求，取直径d3=45 mm。
（5）轴环直径d4：为使齿轮定位可靠和承受轴向力，取d4=55 mm，
（6）轴肩直径d5：考虑到轴承定位和拆卸方便，根据手册，查取d5=50 mm。
2．各段轴的长度：
其中轴径d3和d段的长度应分别比与其配合的轮毂长度短2～3mm，以便可靠定位，其它段长度应考虑零件与零件间的相互位置关系来确定。
图中尺寸A应考虑箱体与箱外零件不发生干涉和装配、拆卸方便。
3．两键槽位置应在轴的同一母线上，键宽度应根据轴段d3和d的直径来确定。
4．轴的参考结构，如题解14-3 图所示。
题11－4有一带式输送机的双级斜齿圆柱齿轮减速器（如图a所示），功率由带轮输入。
已知带传动为水平布置，V带对轴的作用力为F Q＝2300 N（与F r1在同一平面，且方向与F r1相同）。
主动轮1的分度圆直径d1＝120mm，F t1＝5000N，F r1＝1800N,Fɑ
=760 N。
计算输入轴的支反力，画出轴的受力图，弯矩图、转矩图、当量弯矩图。
1
解答：
1．作轴的空间受力简图，见题解14-4 图（b ）-a)。
2．求水平面支反力，作水平面弯矩图，水平面受力见题解14-4 图（b ）-b ）。
（1）求水平面支反力R H1，R H2 ：
（2） 求水平面弯矩M HC ，见题解14-4 图（b ）-c)。
3．求垂直面支反力，并作垂直平面弯矩图。
垂直面受力，见题解14-4 图（b ）-d)。
m m N 26088032618080⋅=⨯==HB HC R M
（1）求垂直面支反力R VA ，R VB
（2）计算垂直面弯矩，绘制垂直面弯矩图，见题解14-4 图（b ）-e ）。
4.计算合成弯矩，作合成弯矩图，见题解14-4 图（b ）-f ）。
5.计算转矩，作转矩图，见题解14-4 图（b ）-g)。
6.计算当量弯矩，作当量弯矩图，见题解14-4 图（b ）-h)。
取α=0.6
m N 57.26276.2988.260m N 36.2618.1588.260m N 230222
'2'222
2⋅=+=+=⋅=+=+=⋅==C
V HC C VC HC C VA A M M M M M M M M m N d F T t ⋅=⨯=⋅
=3002
120
.05000211m
N 57.262m
N 1803006.0 m
N 35.317)3006.0(36.261)(m
N 292)3006.0(230)(''2222
2222
⋅==⋅=⨯==⋅=⨯+=+=⋅=⨯+=+=C caC caD C caC A caA M M T M T M M T M M αααN 372N )37281800200(N 3728N 230
607603302300180080230233080111=-+=-+==⨯-⨯+⨯=⋅
-+=
VA r VB
a r VA
R F Q R d
F Q F R mm
N 230000mm N 1002300100mm N 15800mm N 60760297602
mm N 372297608080''⋅=∙⨯-=⋅-=⋅-=∙⨯-=⋅
-=⋅⨯==Q M d
F M M R M VA
a VC VC VB CV。