机械设计作业集第章答案
机械设计-习题集答案
第一章绪论1-1机器的基本组成要素是什么？答：机械零件1-2什么是零件？什么是构件？什么是部件？试各举三个实例。
答：零件是组成机器的不可拆的基本单元，即制造的基本单元。
如齿轮、轴、螺钉等。
构件是组成机器的运动的单元，可以是单一整体也可以是由几个零件组成的刚性结构，这些零件之间无相对运动。
如内燃机的连杆、凸缘式联轴器、机械手的某一关节等。
部件是由一组协同工作的零件所组成的独立制造或独立装配的组合体，如减速器、离合器、联轴器。
1-3什么是通用零件？什么是专用零件？答：通用零件在各种机器中经常都能用到的零件，如：齿轮、螺钉、轴等。
在特定类型的机器中才能用到的零件，如：涡轮机的叶片、内燃机曲轴、减速器的箱体等。
1-4机械设计课程研究的内容是什么？答：机械系统设计的基础知识和一般尺寸和参数的通用零件设计方法。
第二章机械设计总论2-1答：一台完整的机器通常由原动机、执行部分和传动部分三个基本部分组成。
原动机是驱动整部机器以完成预定功能的动力源；执行部分用来完成机器的预定功能；传动部分是将原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动及动力参数。
2-2答：设计机器应满足使用功能要求、经济性要求、劳动保护要求、可靠性要求及其它专用要求。
设计机械零件应满足避免在预定寿命期内失效的要求、结构工艺性要求、经济性要求、质量小的要求和可靠性要求。
2-3答：机械零件常见的失效形式：整体断裂、过大的残余变形、零件的表面破坏以及破坏正常工作条件引起的失效等。
常用的计算准则主要有强度准则、刚度准则、寿命准则、振动稳定性准则和可靠性准则。
2-4答：强度要求为确保零件不发生断裂破坏或过大的塑性变形。
强度条件为[]σσ≤。
提高机械零件的强度，可以采取：a、采用强度高的材料，使零件具有足够的截面尺寸；b、合理地设计零件的截面形状，增大截面的惯性矩；c、采用热处理和化学处理方法，提高材料的力学性能；d、提高运动零件的制造精度，降低工作时的动载荷；e、合理配置零件的位置，降低作用于零件上的载荷等。
机械设计作业集及答案(南昌航空大学)
。
A. 止动垫片 B.对顶螺母
C.串联钢丝
D.开口销
14. 在下列具有相同公称直径和螺距并采用相同配对材料的螺旋付中，传动效率最高的是
螺旋副。
A. 单线矩形
B. 单线梯形
C. 双线矩形
D. 双线梯形
15. 键联接的主要用途是使轴与轮毂之间
。
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
3. 变应力特性可用五个参数中的任意
A. 一个
B. 两个
个来描述。
C. 三个
D. 四个
4. 下列四种叙述中， A. 变应力只能由变载荷产生
是正确的。 B. 静载荷不能产生变应力
C. 变应力是由静载荷产生
D. 变应力由变载荷产生，也可能由静载荷产
生
5. 在进行疲劳强度计算时，其极限应力为材料的
A. 屈服极限
18. 平 键 联 接 能 传 递 的 最 大 扭 矩 为 T ， 现 要 传 递 的 扭 矩 为 1.5T ， 则
应
。
A. 把键长 L 增大到 1.5 倍
B. 把键宽 b 增大到 1.5 倍
C. 把键高增大到 1.5 倍
D. 安装一对平键
19. 为了不严重削弱轴和轮毂的强度，两个切向键最好布置成
。
在具体设计时一般顺序是
。
A. b→a→c→d
B. b→c→a→d
C. a→c→b→d
D. c→d→b→a
28. 轴上装有一对平键时，若传递扭矩 T=150N·m，则验算强度时，仍可按一个平键来计算，
只要把传递扭矩改为
Nm。
A. 120
B. 100
C. 75
D. 50
机械设计基础作业集答案
3-1 解：
对心心直动滚子子从动件盘形凸轮机构
偏置直动滚子子从动件盘形凸轮机构
3-2 解： 对心心直动平底从动件盘形凸轮机构
摆动平底从动件盘形凸轮机构
3-3 解： 偏置直动滚子子从动件盘形凸轮机构
偏置直动平底从动件盘形凸轮机构 α=0°
3
3-4 解：（14分）
机械设计基础B作业集答案
16-2 解：
Fs1： → Fs2： ← Fs1 = 0.7Fr1 = 2016N
Fs2 = 0.7Fr2 = 1344N
FA + Fs2 > Fs1 轴承1压紧，轴承2放松
Fa1 = FA + Fs2 =3844N
Fa2 = Fs2 =1344N
P = XFr + YFa
Fa1 = 1.33 > e Fr1
1
机械设计基础B作业集答案
第二二章 平面面连杆机构 2-1 解： （1）a+d<b+c，取最短杆邻边AD为机架，机构为曲柄摇杆机构； （2） a+d<b+c，取最短杆AB为机架，机构为双曲柄机构； （3） a+d<b+c，取最短杆对边CD为机架，机构为双摇杆机构； 2-2 解： （a）30+65<45+55 取最短杆为机架，该机构为双曲柄机构 （b）40+115<60+110 取最短杆邻边为机架，该机构为曲柄摇杆机构 （c）20+60=50+30 取最短杆邻边为机架，该机构为曲柄摇杆机构 （d）30+90<80+45 取最短杆对边为机架，该机构为双摇杆机构 2-3 解： 若要构成曲柄摇杆机构，应满足足杆⻓长条件：即最短杆与最⻓长杆之和小小于或等于其余两杆 ⻓长度之和。
机械设计作业集第章答案
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。
机械设计作业集及答案(南昌航空大学)
24. 在极限应力图上，对于各种加载情况（如 r=常数, m =常数, max=常数），如何判断零件
是首先产生疲劳破坏还是首先产生塑性变破坏？ 25. 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别？在相同应力变化规律
下，零件和材料试件的失效形式是否总是相同的？为什么？ 26. 根据机械零件工作表面之间的摩擦和润滑状态，可把摩擦可分为哪几种类型？其特点如 何？ 27. 根据磨损机理，磨损分为哪几种类型？各种类型的磨损的实质如何？ 28. 如何防止和减轻磨损？ 29. 零件的正常磨损主要分为哪几个阶段，每个阶段有何特点？
。
A. 拉力
B. 扭矩
C. 压力
D. 拉力和
扭矩
6. 采用普通螺栓联接凸缘联轴器，在传递扭距时，
。
A. 螺栓的横截面受剪
B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压
C. 螺栓同时受挤压和剪切
D. 螺栓受拉伸和扭转作用
7. 当 两 个 被 联 接 件 之 一 太 厚 ， 不 易 制 成 通 孔 ， 且 联 接 不 需 经 常 拆 卸 时 ， 往 往 采
作为其极限应力。
A. s
B. 0
3. 当零件可能出现断裂时，应按
C. b
D. 1
准则计算。
A. 强度
B. 刚度
C. 寿命
D. 振动稳定性
4. 零件的工作安全系数为
。
A. 零件的极限应力比许用应力
B. 零件的极限应力比工作应力
C. 零件的工作应力比许用应力
D. 零件的工作应力比极限应力
5. 对 大 量 生 产 、 强 度 要 求 高 、 尺 寸 不 大 、 形 状 不 复 杂 的 零 件 ， 应 选
作业一（机械设计总论）
《机械设计基础》答案
《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1－11－21－31－41－5自由度为：11 19211)0192(73')'2(3=--=--+⨯-⨯=--+-=FPPPnFHL 或：1182632 3=-⨯-⨯=--=HLPPnF1－6自由度为11)01122(93')'2(3=--+⨯-⨯=--+-=FPPPnFHL 或：11 22241112832 3=--=-⨯-⨯=--=HLPPnF1－10自由度为：1128301)221142(103')'2(3=--=--⨯+⨯-⨯=--+-=F P P P n F H L或： 122427211229323=--=⨯-⨯-⨯=--=HL P P n F1－1122424323=-⨯-⨯=--=HL P P n F1－13：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 ⨯=⨯ωω11314133431==P P ω1－14：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=⨯===ω1－15：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 12P 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 ⨯=⨯ωω121214122421r P P ==ω 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 ，523cos =∠BCA ， 045sin sin BCABC AC=∠，mm AC 7.310≈s mm BCA AC P P v v P /565.916tan 1013141133≈∠⨯===ω1224212141P P P P ωω=s rad AC P P P P /9.21002101001122412142≈-⨯==ωω1－17：题1-17图所示平底摆动从动件凸轮1为半径20=r 的圆盘，圆盘中心C 与凸轮回转中心的距离mm l AC 15=，mm l AB 90=，s rad /101=ω，求00=θ和0180=θ时，从动件角速度2ω的数值和方向。
机械设计课后作业答案
第1章1-5. 11826323=-⨯-⨯=--=H L p p n FA 为局部自由度，B 为虚约束1-6. 111128323=-⨯-⨯=--=HL P P n FA 为局部自由度 1-7.201128323=-⨯-⨯=--=H L P P n F 1-8.11826323=-⨯-⨯=--=H L P P n F 1-9.22424323=-⨯-⨯=--=H L P P n FA 为局部自由度,B,C 为需约束 1-10. 121229323=-⨯-⨯=--=H L P P n FA 为复合铰链B 为局部自由度C 为需约束第2章2-1（a ）∵160907015011040=+<=+∴满足有整转副的条件又∵取最短杆为机架∴该机构为双曲柄机构（b ）∵1707010016512045=+<=+∴满足有整转副的条件又∵取最短杆的邻边为机架∴该机构为曲柄摇杆机构（c ）∵132627016010060=+>=+∴不满足有整转副的条件则该机构为双摇杆机构（d ）∵160709015010050=+<=+∴满足有整转副的条件又∵取最短杆的对边为机架∴该机构为双摇杆机构2-3第4章4-1 mm mz d 5719311=⨯==mm mz d 12341322=⨯==mm m h h a a 331*=⨯==mm m c h h a f 75.33)25.01()(**=⨯+=+=75.0325.0*=⨯==m c c mm d d a 90212357221=+=+= mm h d d a a 63211=+=mm h d d a a 129222=+=mm h d d ff 5.49211=-= mm h d d f f 5.115222=-=mm a d d b 56.5320cos 57cos 11=⨯==mm a d d b 58.11520cos 123cos 22=⨯==mm m p 425.93=⨯==ππ mm p e s 71.42425.92==== 4-2. ∵2)(21z z m a += ∴mm z z a m 460201602221=+⨯=+= 则 mm mz d 8020411=⨯==mm mz d 24060422=⨯==4-11.∵ βαcos 2)(21z z m a += ∴53.14]2502)9823(4[cos ]2)([cos 1211=⨯+⨯=+=--a z z m a β 则 mm m m n t 13.453.14cos 4cos ===β mm z m d n t 9553.14cos 234cos 1=⨯== β mm z m d n 40553.14cos 984cos 22=⨯== βmm m h d d n an a 103412952*11=⨯⨯+=+=mm m h d d n an a 4134124052*22=⨯⨯+=+=mm m c h d d n n an f 854)25.01(295)(2**11=⨯+⨯-=+-=mm m c h d d n n an f 3954)25.01(2405)(2**22=⨯+⨯-=+-=第5章 5-1.5-2 200215151560303025'4'3'2154325115=⨯⨯⨯⨯⨯⨯===z z z z z z z z n n i min /5.22005001515r i n n ===s mm s m n mz n d v /5.10/105.01000605.22041000601000605'5'5'5==⨯⨯⨯⨯=⨯=⨯=πππ齿条6线速度方向向右5-4 31751)1(113'2132113113-=-=-=-=+-=--=--=z z z z z z i n n n n n n n i H HH H H H 41=H i490111====H H H H n n i ϕϕϕ 5.22490==∴H ϕ 即手柄转过90︒时，转盘转过22.5︒5-5 914125428)1(1'21323113-=⨯⨯-=-=+-=--=--=z z z z i n n n n n n n i sh H H s H H H 10=∴SH i第10章10-2 ①螺纹升角表10-1：20M mm p 5.2= mm d 376.182=表10-2：20M ×1.5 mm p 5.1= mm d d 026.19026.012=+-=:20M ∴ 48.2376.185.21tan tan tan 12121=⨯⨯===---πππψd np d s 44.1026.195.11tan:5.1201=⨯⨯=⨯-πψM ②自锁性能 自锁性较好均能自锁，但则取，5.12059.6cos tan 1.0f 302602,1⨯<∴======-M f ρψβραβ10-5 该问题为受横向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓与孔之间留有间隙CF zfF =0∴ ZfCF F =0 取2.1=c 表10-1：mm d 376.81=表10-5：Mpa s 240=σ表10-6：4.1=SM p a ss 4.171][σσ= 由 ][3.14210σπσ≤⨯=d F e 得 ][3.1421σπ≤⨯zfd CF N C zf d F 2.18162.13.144.17115.02376.83.14][221=⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯≤πσπ10-9 该问题为受横向工作载荷的紧螺栓连接，螺栓与孔之间留有间隙表10-1 mm d 835.131=表10-7 3=sM p a Z f D d C T S S Z f D d F C Z f DCT F CT D zfF S S 3.33513.015.06835.1336302.123.1423.14d CT S 23.14][3.142.12222121210e 00=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯⨯≥∴≤⨯⨯≤⨯===∴=ππσσπσπσ得由取表10-5：螺栓力学性能等级5-8级螺母力学性能等级5级第十一章11-5 ①确定许用应力表11-1：MpaMpa FE FE H H 7201200212lim 1lim ====σσσσ 表11-5： 1=H s 25.1=F sMpa s s H H H H H H 1200][][2lim 1lim 21====∴σσσσMpa s s FFZ F FZ F F 2.4037.07.0][][2121====∴σσσσ②按轮齿弯曲强度设计321][12F Sa Fa d y y z KT m σφ≥ 表11-3： 4.1=K表11-6： 5.0=d φmm N n P T ∙⨯=⨯⨯=⨯=56611093.3730301055.91055.9 2.124276.412=⨯==iz z 124z 2=取 图11-8： 66.21=Fa y 2.22=Fa y图11-9： 61.11=sa y 8.12=sa y0106.0][111=F Sa Fa y y σ 0098.0][222=F Sa Fa y y σ =∴][F Sa Fa y y σ0106.0][111=F Sa Fa y y σ mm m 17.3275.00106.01093.34.12325=⨯⨯⨯⨯⨯≥则 表4-1：mm m 4=mm mz d 10827411=⨯==∴mm mz d 496124422=⨯==mm d b d 541085.01=⨯==φ取 mm b 552= mm b 601=③验算齿面接触强度][11221H H E H uu bd KT z z σσ≤+= 表11-4：8.189=E z 5.2=H Z][7.6856.410855)16.4(1093.34.125.28.18925H H Mpa σσ<=⨯⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=∴ 故 mm d 1081= mm d 4962= mm m 4=11-711-811-9①假设齿轮1转向如图，则分析可知：齿轮3为左旋，齿轮4为右旋②21122111212112122122sin 2cos tan 2cos tan 2tan 2tan z m T z m T z m T d T F F n n n t a βββββββ===== 32233222323223233233sin 2cos tan 2cos tan 2tan 2tan z m T z m T z m T d T F F n n n t a βββββββ===== a3a2F F =而 32T T =且 =∴2112sin 2T z m n β3223sin 2T z m n β =211sin z m n β322sin z m n β (sin 12-=β即=)sin m 1213n2βz m z n 3.8)151315sin 175(sin 1=⨯⨯⨯- 11-16第十二章12-2①蜗轮转向如图②蜗杆和蜗轮的作用力方向如图2311180050102022a t F N d T F ==⨯⨯== 131112212122237502475.010*******a t F N mz T z md Z T d i T d T F ==⨯⨯⨯⨯=====ηηη 1229.136420tan 3750tan r t r F N F F ==⨯== α12-3 ①蜗杆和蜗轮均为右旋，蜗杆旋向如图。
机械设计基础课后习题答案
机械设计基本第1章平面机构自由度习题解答【2 】1-1至1-4 绘制机构活动简图.
1-1
1-2
1-3
1-4
1-5至1-12 盘算机构自由度
1-5 有一处局部自由度（滚子）,有一处虚束缚（槽的一侧）,无复合搭钮
n=6 PL=8 PH=1 F=3×6-2×8-1=1
1-6 有一处局部自由度（滚子）,无复合搭钮.虚束缚
n=8 PL=11 PH=1 F=3×8-2×11-1=1
1-7 无复合搭钮.局部自由度.虚束缚
n=8 PL=11 PH=0 F=3×8-2×11-0=2
1-8 无复合搭钮.局部自由度.虚束缚
n=6 PL=8 PH=1 F=3×6-2×8-1=1
1-9 有两处虚束缚（凸轮.滚子
处槽的一侧）,局部自由度1处,
无复合搭钮
n=4 PL=4 PH=2
F=3×4-2×4-2=2
1-10 复合搭钮.局部自由度.虚
束缚各有一处
虚束缚
局部自由度 局部自由度
凸轮.齿轮为统一构件时,
n=9 PL=12 PH=2
F=3×9-2×12-2=1
凸轮.齿轮为不同构件时
n=10 PL=13 PH=2 F=3×10-2×13-2=2 图上应在凸轮上加一个原动件.
1-11 复合搭钮一处,无局部自由度.虚束缚
n=4 PL=4 PH=2 F=3×4-2×4-2=2
1-12 复合搭钮.局部自由度.虚束缚各有一处
n=8 PL=11 PH=1 F=3×8-2×11-1=1。
机械设计作业答案(河科大版)
学
号
批改日期
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机械设计作业集解答
3—24 零件的等寿命疲劳曲线与材料试件的等寿命疲劳曲线有何区别？在相同的应力变化规律下， 零件和材料试件的失效形式是否总是相同的？为什么（用疲劳极限应力图说明）？ 答：考虑零件的几何形状变化、加 σ a 工尺寸、加工质量及强化因素的影响， 使得零件的疲劳极限要小于材料试件 零件 的疲劳极限。 在相同的应力变化规律下， 零件和 材料试件的失效形式相比不一定相同， 如图示： Ｍ１点相同， 而Ｍ２点材料静强 度失效，零件是疲劳失效，不同区域为 图中阴影面积。
d1
A
D
题 3—14 图 3—15 在上题 A 图中，d 2 =2d 1 ，小圆柱的弹性模量为 E 1 ，大圆柱的弹性模量为 E 2 ，E 为一定值， 大小圆柱的尺寸及外载荷 F 一定，则在以下四种情况中， D 的接触应力最大， A 的接触应 力最小。 A E 1 =E 2 =E/2 B E 1 =E、E 2 =E/2 C E 1 =E/2、E 2 =E D E 1 =E 2 =E
S σ Sτ
2 Sσ + Sτ2
表示
复合（双向）应力状态下
疲劳或静
强度的安全系数，而
S=
σs
2 2 σ max + 4τ max
表示
复合（双向）
应力状态下的
静 强度的安全系数。
3—21 零件表面的强化处理方法有 化学热处理 、 高频表面淬火 、 表面硬化加工 等。 3—22 机械零件受载荷时，在 截面形状突变处 产生应力集中，应力集中的程度通常随材料强 度的增大而 增大 。
3—28 某零件如图所示，材料的强度极限σ B =650Mpa，表面精车，不进行强化处理。试确定Ⅰ-Ⅰ 截面处的弯曲疲劳极限的综合影响系数 K σ 和剪切疲劳极限的综合影响系数 K τ Ⅰ R3 解： 附图 3-1 ， Φ48 Ⅰ 题 3—28 图 Φ40
机械设计作业集答案-第三版(西北工大版)
σ −1 m 3Biblioteka 0 9 ) = 5 × 10 6 × ( ) = 1503289 σ2 400
N = N0(
σ −1 m 350 9 ) = 5 × 10 6 × ( ) = 520799 450 σ
由公式（3—28） ，试件破坏前的循环次数
n = (1− n1 n2 104 105 − )N = (1 − − ) × 520799= 460343≈ 4.6 ×105 N1 N 2 201768 1503289
m
弯曲应力为对称循环变应力，故 σ 2．求计算安全系数
= 0 ， σ a = σ b = 46.88MPa 。扭转切应力为脉动循环变应力，
故 τ m = τ a = 0 .5τ = 0 .5 × 62 .5 = 31 .25 MPa 。 由公式（3—17） ，零件承受单向应力时的计算安全系数 σ −1 355 = = 3.44 Sσ = K σ σ a + ψ σ σ m 2.2 × 46.88 + 0.2 × 0
1
3－13 答： 该假说认为零件在每次循环变应力作用下，造成的损伤程度是可以累加的。应力循环次数增加，损 伤程度也增加，两者满足线性关系。当损伤达到 100％时，零件发生疲劳破坏。疲劳损伤线性累积假说 的数学表达式为∑ni/Ni＝1。 3－14 答： 首先求出在单向应力状态下的计算安全系数，即求出只承受法向应力时的计算安全系数 Sσ和只承 受切向应力时的计算安全系数 Sτ，然后由公式（3－35）求出在双向应力状态下的计算安全系数 Sca， 。 要求 Sca＞S（设计安全系数） 3－15 答： 影响机械零件疲劳强度的主要因素有零件的应力集中大小， 零件的尺寸， 零件的表面质量以及零件 的强化方式。提高的措施是：1）降低零件应力集中的影响；2）提高零件的表面质量；3）对零件进行 热处理和强化处理；4）选用疲劳强度高的材料；5）尽可能地减少或消除零件表面的初始裂纹等。 3－16 答： 结构内部裂纹和缺陷的存在是导致低应力断裂的内在原因。 3－17 答： 应力强度因子 K I 表征裂纹顶端附近应力场的强弱，平面应变断裂韧度 K IC 表征材料阻止裂纹失稳 扩展的能力。若 K I ＜ K IC ，则裂纹不会失稳扩散；若 K I ≥ K IC ，则裂纹将失稳扩展。 3—18 解： ，各对应循环次数下的疲劳极限 已知 σ B = 750MPa ， σ s = 550MPa ， σ −1 = 350MPa ，由公式（3-3） 分别为
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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<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。
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）40nP 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 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。
F a2 F a3 F a4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。
题15—35图F r3F t2 F r2 d m1/2 60840Nmm40560Nm m 300000Nmm 306107Nmm 300000NmmF rA F rB n 1F r1F a1 F t1 F rBHF t1 F rAH F rAV F rBV n 1 40560Nmm F a1F a2F rC F rD F t3 F a3F a3F a2 F t2 F r2 F r3 F t3 F CH F DHF CV F DV d m2/2 d 3/266900Nmm 374400Nmm 666700Nmm 833300Nmm 913545Nmm 670048Nmm 750000Nmmn 2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。