机械设计习题 第十五章
精密机械设计基础-第十五章仪器常用装置
一般情况下，取 分度尺寸为1到2.5毫 米，常取1毫米
2）分度值的选定 太小、太小均不
合适，一般
l 1 ~ 2.5mm
可取 A 2Y
Y为仪器的允许误差
l
3）标线尺寸的选定 •宽度 （图15-14） •长度 三种 1:1.5 : 2
（二）轴向受力锁紧装置
在锁紧装置中，除了可以采用螺旋传动 产生锁紧力外，还可采用凸轮、模块、弹簧、 液压和电磁等其它方法
第四节 示数装置
一、基本要求和分类 1、基本要求 （1）保证足够的精度 （2）读数方便、迅速 （3）保证零点位置准确，并具有零位调整 （4）结构简单、工艺性好
2、分类： 标尺指针（指标）示数装置 自动记录装置 计数装置
二、标尺指针示数装置 （一）标尺 1．标尺的类型 直标尺 圆盘标尺 鼓轮标尺 螺旋标尺
2．标尺的基本参数及其选定
（1）标尺的基本参数：
示值下限 Amin ：标尺开始标线所代表的被测量的最小值
示值上限 Amax ：标尺最后标线所代表的被测量的最大值
示值范围 Amax
： Am in
2）读数时产生的视差而引起的误差
1．度盘偏心所引起的误差（图15－18a）
由正弦定理得： e
sin
R
sin180
e sin
R
为减小偏心所引起的误差可采取的方法： （1）减小偏心距和增大度盘半径 （2）采用双边读数法 （图15-8b）
2. 视差 （1）视差
1）频率比对隔派系数影响显著
2）阻尼比对隔振系数也有一定的影响
隔振系数 ：
1
机械设计西北工业大学出版社第八版第十五章
应有退刀槽。 在满足使用要求的情况下，轴的形状和尺寸应力求简 单，以便于加工。
• 如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则 轴上两配合轴段的直径不应相等，否则第一个零 件压入后，会把第二个零件配合的表面拉毛，影 响配合。
二、轴上零件的定位和固定
用作零件轴向定位的台阶部分称为轴肩，环形部分 称为轴环。
实现尺寸分段，以满足不同配合特性、精度和光洁度的要求。
曲轴：发动机专用零件,用以实现旋转运动与往复直 线运动相互转变。
转
轴
为常见。
指既受弯矩又受扭矩的轴，转轴在各种机器中最
心 轴
只承受弯矩而不承受转矩的轴，如自行车轮轴。
按轴转动与否，又可分为转动心轴和固定心轴。
转动心轴
固定心轴
传动轴
（2）水平面内的弯矩图
M aH
L L M aH F1 H F2 H 2 2 8700 0.193 840N m 2
F K 4500 206 4803N L 193 F F1F 4500 4803 9303N
F
F1F
F2F
2、绘制弯矩图
（1）垂直面内的弯矩图
M aV
M a V
L 4287 0.193 M aV F2V 414N m 2 2 L 2123 0.193 F1V M aV 205N m 2 2 下标中 a表 示a a截 面
的结构形状和尺寸。
工作能力校核计算：包括疲劳强度、静强度及
刚度计算等。
15.2 轴的材料
碳素钢
30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。 对应力集中不敏感，良好的加工性。 中、低碳合金钢：强度高、寿命长，对应力集中敏感，
机械设计习题卡1516答案
第十五章 一、填空题1．＿不承受弯矩，只承受转矩＿ ＿传动轴＿ ＿只承受弯矩，而不承受转矩＿ ＿既承受弯矩，又承受转矩＿＿ ＿转轴＿ ＿转动心轴＿ ＿固定心轴＿ 2．＿曲轴 ＿直轴＿ ＿汽油机主轴＿ ＿变速箱轴＿3． 碳钢 合金钢 淬火 、 渗碳 和＿氮化＿ 喷丸或滚压 4． 键 销 过盈配合及型面联接 5．＿轴肩＿ ＿套筒＿ ＿圆螺母＿＿二、选择题1． D 2．A 3．B 4．B 5．B 6．B 7．C 8. D 9. A 10. C 三、计算题： ⑴N mz T F t 100050002.05022=⨯⨯==N tg tg F F o t r 9702.363201000=⨯=⋅=α ⑵经计算N F NH 5001= N F NH 5002=N F NV 9851.1811=N F NV 9851.1812=两平面弯矩图及合成弯矩图，转矩图如右 ⑶显然，弯曲应力为对称循环变应力MPa W M b 5134.81025002836.219=⨯==-σ 故MPa m 0=σ，而MPa a 5134.8=σ ⑷显然，扭转剪应力为静应力MPa W T T T 11050000509=⨯==-τ 故MPa m 1=σ，而MPa a 0=σ四、结构改错：1．用编号指出下图中的错误, 并作简单说明，提出修改意见。
（轴承采用脂润滑）1）两个平键应布置在同一母线上；2）贯通轴承端盖孔与轴接触；3）贯通端盖孔无密封装置；4）贯通端盖应减少螺栓支承的加工表面；5）贯通端盖安装螺栓处应设置为通孔；6）钢衬套安装螺栓处应设置为通孔；7）箱体应设置完整的加工螺纹孔；8）箱体孔要求减少加工表面（与钢衬套配合面）；9）钢衬套要求减少外加工表面（与箱体配合面）；10）钢衬套要求减少内加工表面（与轴承配合面）11）两轴承间轴段应增加轴径，减少轴承接触的加工表面，并给轴以轴向定位；12）右轴承无法拆卸，应扩大钢衬套右孔直径；13）去处右端套筒，以避免过定位；（或增加右套筒长度）14）减少右端轴段长度，避免过定位；15）轴承内直径配合不当，应改为定义轴段公差。
机械设计(第八版)第15章 轴 PPT
其它直径
长度： 长度： 毂的长度和相邻零件间必要的间隙决定
轴
装配方案的比较： 装配方案的比较：
轴
四．提高轴的强度的措施： 提高轴的强度的措施：
30˚ B R d/4 d 卸载槽 也可以在轮毂上增加卸载槽 轴 过渡肩环 凹切圆角 B位置d/4 r
三、确定轴的基本直径和各段长度
1.按扭转强度计算(初算轴径) 1.按扭转强度计算(初算轴径) 按扭转强度计算
仅考虑 T 的强度条件 τ T = T ≤ [τ T ] WT
955 × 10 4 P n τT = ≤ [τ T ] 3 0.2d
性，而不是轴的弯曲和扭转刚度。 而不是轴的弯曲和扭转刚度。
注意： ）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 注意：1）各种钢材、热处理前后其弹性模量差别不大， 因此要提 的方法获得。 高刚度不能用合金钢或通过热处理 的方法获得。 2）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施，减轻应 ）合金钢对应力集中敏感性高，设计时必须从结构上采取措施， 力集中，并降低表面粗糙度。 力集中，并降低表面粗糙度。 轴
当轴上有两处动力输出时，为了减小轴上的载荷， 应将输入轮布置在中间。
Ft
T 方案 a 输出 T
Q
方案b 方案 输出 输入 T T2 T T T1+T2
Q
输出
输入 T T
输出
T1
合理
T2
T1+T2轴源自T1Tmax = T1
不合理
Tmax= T1+T2
2.减小应力集中 减小应力集中 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 合金钢对应力集中比较敏感，应加以注意。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 应力集中出现在截面突然发生变化的。 措施： 措施： 1. 用圆角过渡； 用圆角过渡； 2. 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽 尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽; 3. 重要结构可增加卸载槽 、过渡肩环、凹切圆角、 重要结构可增加卸载槽B、过渡肩环、凹切圆角、 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力。 增大圆角半径。也可以减小过盈配合处的局部应力
机械设计15章答案
二、填空题
第十五 轴
13-4 C 15-5 C 15-6 D 15-12 B
15-9 C 15-10 A 15-11 B
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。 5—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—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 。 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—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 。
机械设计第十五章课后习题答案
15-1答滑动轴承按摩擦状态分为两种：液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。
液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面完全被液体层隔开，摩擦性质取决于液体分子间的粘性阻力。
根据油
膜形成机理的不同可分为液体动压轴承和液体静压轴承。
非液体摩擦滑动轴承：两摩擦表面处于边界摩擦或混合摩擦状态，两表面间有润滑油，但不足以将两
表面完全隔离，其微观凸峰之间仍相互搓削而产生磨损。
15-2解（ 1）求滑动轴承上的径向载荷
（ 2）求轴瓦宽度
（ 3）查许用值
查教材表 15-1，锡青铜的，
（ 4）验算压强
（ 5）验算值
15-3解（1）查许用值
查教材表 15-1，铸锡青铜ZCuSn10P1的，
（ 2）由压强确定的径向载荷
由得
（ 3）由值确定的径向载荷
得
轴承的主要承载能力由值确定，其最大径向载荷为。
15-4解（ 1）求压强
（ 5）求值
查表 15-1，可选用铸铝青铜ZCuAl10Fe3 ，
15-5证明液体内部摩擦切应力、液体动力粘度、和速度梯度之间有如下关系：
轴颈的线速度为，半径间隙为，则
速度梯度为
磨擦阻力
摩擦阻力矩
将、代入上式。
机械设计第13、15章作业解答[1]分析解析
![机械设计第13、15章作业解答[1]分析解析](https://img.taocdn.com/s3/m/fb79ed7f804d2b160b4ec077.png)
班 级成 绩姓 名任课教师学 号批改日期第十三章 滚动轴承三、分析与思考题13—26滚动轴承共分几大类型？写出它们的类型代号及名称，并说明各类轴承受何种载荷（径向或轴向）。
答：13—27 为什么30000型和70000型轴承常成对使用？成对使用时，什么叫正装及反装？什么叫“面对面”及“背靠背”安装？试比较正装及反装的特点。
答：30000型和70000型轴承只能承受单方向的轴向力，成对安装时才能承受双向轴向力。
同时这两类轴承的公称接触角α大于零，承受径向载荷时会产生内部轴向力，为避免轴在内部轴向力作用下产生轴向移动，30000型和70000型轴承通常应成对使用。
正装和反装是对轴的两个支承而言，两个支承上的轴承外套圈薄边相对（大口径）安装叫正装，外套圈厚边相对（小口径）安装叫反装。
“面对面”和“背靠背”安装是对轴的一个支承而言，一个支承上的两个轴承大口径相对为“面对面” 安装，小口径相对为“背靠背”安装。
正装：轴热伸长可能会使轴承卡死；反装：轴热伸长会使受载滚动体个数减少。
13—28滚动轴承的寿命与基本额定寿命有何区别？按公式L=(C/P)ε计算出的L 是什么含义？ 答：轴承的寿命是指出现点蚀前的寿命（转速），是一般概念的寿命。
在一批轴承中，各个轴承的寿命离散性很大。
而基本额定寿命是指对于点蚀失效具有90%可靠度的寿命。
是一个特定意义的寿命。
L=(C/P)ε中的L 为轴承的基本额定寿命，单位为106转。
13—29 滚动轴承基本额定动载荷C 的含义是什么？当滚动轴承上作用的当量动载荷不超过C 值时，轴承是否就不会发生点蚀破坏？为什么？ 答：C 的含义见教材。
当P ≤C 时，轴承是否发生点蚀要具体分析。
当说要求的工作寿命等于(C/P)ε时，出现点蚀的概率为10%；大于(C/P)ε时，概率大于10%；小于(C/P)ε时，概率小于10%。
总有点蚀出现的可能性，仅概率大小不同。
13—30 对同一型号的滚动轴承，在某一工作状况下的基本额定寿命为L 。
机械基础习题集
《机械工程基础》机械设计部分习题集第十五章 常用机构15-1绘出图示机构的机构运动简图，并计算机构自由度。
15-2计算下列机构的自由度，并指出何处为复合铰链、局部自由度和虚约束。
a ) 卿筒机构b ) 回转柱塞泵c ) 小型压力机d ) 偏心轮机构15-3试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是何种机构？四种机构的原动件均为AB 杆。
15-4试说明何为曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置？并举例说明其应用场合。
15-5说明何为凸轮机构的刚性冲击和柔性冲击以及避免的方法？a ) 平炉渣口堵塞机构 e ) 锯木机机构 d ) 大筛机构b ) 加药泵机构c ) 测量仪表机构 f ) 冲压机构 a ) c )d ) b )A B C D A B CD AB C D A B C D15-6试比较正常齿制的标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆在什么条件下基圆大？什么条件下齿根圆大？15-7已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮的传动比为i12=2.5，z1=40，m=3mm，α=20º，h a*=1.0，试求：1）齿轮2的齿数z2和中心距a；2）这对齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径以及分度圆上的曲率半径；3）两个齿轮的齿厚、齿槽宽、齿距和基圆齿距。
15-8已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮的模数m=4mm，z1=20，z2=50，试求：1）在标准安装情况下，这对齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径以及这些圆上的曲率半径和压力角；2）若实际安装中心距扩大2mm，问这对齿轮还能否正确传动？若能，则求这对齿轮的分度圆、基圆、节圆直径以及啮合角α'。
15-9如图所示，用卡尺跨三个齿测量渐开线直齿圆柱齿轮的公法线长度，试证明：只要保证卡脚与渐开线相切，无论切于何处，测量结果都相同，且值为W3=2p b+s b（式中，p b和s b分别为基圆齿距和基圆齿厚）。
第十六章机械的调速与平衡16-l机械在何种情况下会出现周期性速度波动？它有何危害？如何调节？16-2何谓机器运转的“平均角速度”和“不均匀系数”？在设计飞轮时是否选取越小的不均匀系数越好了为什么？16-3为了减轻飞轮的重量，飞轮最好安装在何处？为什么？举出你看到的安装飞轮的机器，并说明飞轮在机器运转时所起的作用？16-4何谓静平衡？何谓动平衡？满足动平衡的回转件是否一定满足静平衡？反之亦然吗？16-5举例说明常用的动、静平衡实验设备。
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1．A 2．B 3．C 4．A 5．C 6．A 7．B 8．B 9．B 10．B
11．C 12．C 13．C 14．C
二、简答题：
1．为了使轴上零件定位准确、固定可靠和装拆方便，一般转轴设计成中间大，两头小的阶梯形轴。
2．①改善零件的结构，降低轴上的应力集中影响；
②选用疲劳强度高的材料；
A．抗弯强度B．扭转强度C．复合强度
12．某45″钢轴的刚度不足，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
13．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．45″钢调质C．38CrMoAl
14．对大直径轴的轴肩圆角处进行喷丸处理，其目的是。
4、透盖与轴配合处无密封装置，应加密封圈；
5、此处无定位轴肩，应加定位轴肩；
6、加工面过长，应设非定位轴肩；
7、套筒径向高度过大，应低于轴承内圈高度；
8、此处轴段长度过长，套筒无法顶到齿轮的端面，应使此段轴长比轮毂宽度略小；
9、左轴承不应顶住端盖；
10、轴承脂润滑，此处应有挡油环；
11、联轴器不应与端盖接触；
12、轴肩高度过大轴承无法拆下；
13、轴上两处键槽不在同一母线上；
14、联轴器键槽未开通，且型号不对；
15、箱体外端面的加工面与非加工面未分开；
16、左、右轴承盖的加工面与非加工面未分开；
17、应将两轴承的反装型式改为正安装，否则轴向力无法传到机座上；
5．轴环的用途是。
A．作为轴加工时的定位面B．提高轴的刚度C．使轴上零件获得轴向定位
6．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
7．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．轮毂两端部位C．距轮毂端部1/3长度处
③采用提高材料疲劳强度的热处理方法和强化工艺；
④提高轴的表面质量；
3．与滚动轴承相配合的轴颈直径，及与联轴器等标准件相配合的轴头直径，必须取相应的标准直径。以利于采用标准刃具和量具，便于加工和测量。
三、综合题：
1、左轴端的轴用弹性挡圈多余，应去掉；
2、键槽过长，套筒无法装到应有位置；
3、透盖与轴接触，其间应有间隙；
一、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
2.自行车的中轴是。
A.心轴B.转轴C.传动轴
3．增大轴在剖面处的圆角半径，其目的是。
A．使零件轴向定位可靠B．轴加工方便C．降低应力集中，提高轴的疲劳强度
4.为了提高轴的刚度一般采用的措施是。
A．增大轴的直径B．表面强化处理C．采用降低应力集中的结构
8．采用表面强化如碾压、喷丸、氮化、渗氮、碳氮共渗、高频或表面淬火等方法，可显著提高轴的。
A．刚度B．疲劳强度C．耐冲击性能
9．在轴的初步计算中，轴的直径是按初步确定的。
A．抗弯强度B．扭转强度C．复合强度
10．减速器中，齿轮轴的承载能力主要受到的限制。
A．刚度B．疲劳强度C．脆性破坏
11．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。
A．达到规定的表面粗糙度B．提高材料的抗腐蚀性能C．降低材料对应力集中的敏感性
二、简答题：
1．为什么转轴常设计成阶梯形结构？
2．提高轴的疲劳强度的措施有哪些？
3．轴头与轴颈处的直径为什么通常要圆整为标准值？
三、综合题：
指出图示齿轮轴系上的错误并提出改进措施，轴承采用