濮良贵机械设计第10十版复习笔记和课后习题答案详解 第15章.docxVIP

濮良贵《机械设计》（第10版）笔记和课后习题（含考研真题）详解 第15章　轴 15.1　复习笔记 【知识框架】 【通关提要】 本章主要介绍了轴的分类、结构设计以及强度刚度校核计算。其中，轴的结构设计部分，几乎每年必出一道轴的结构改错题，学习时需重点掌握。另外，轴的弯扭合成计算，由于计算量大，不宜以计算题的形式出现，多以考查折合系数的含义为主，多以填空题和简答题的形式出现。复习时，以理解记忆为主。 【重点难点归纳】 一、概述（见表15-1-1） 表15-1-1　轴的用途、分类及材料 二、轴的结构设计（见表15-1-2） 表15-1-2　轴的结构设计 三、轴的计算 轴的计算准则：满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的振动稳定性。 1．轴的强度校核计算 表15-1-3　轴的强度校核计算 注：轴上开有键槽时，对于直径d＞100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。 对于直径d≤100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%～7%；有两个键槽时，应增大10%～15%。 2．轴的刚度校核计算（见表15-1-4） 表15-1-4　轴的刚度校核计算 3．轴的振动及振动稳定性的概念 当轴的振动频率与轴的弯曲自振频率相同时，就会出现共振。临界转速指共振时轴的转速。临界转速有许多，其中一阶临界转速下振动最激烈，也最危险。 一阶临界转速nc1（单位为r/min）为 式中，ωc为轴的临界角速度；y0为轴在圆盘处的静挠度；g为重力加速度，取g＝9810mm/s2。 一般情况下，应使轴的工作转速n＜0.85nc1，或1.15nc1＜n＜0.85nc2；此时轴就具有了弯曲振动的稳定性。 4．轴的结构改错题思路： （1）轴承方向错误、定位错误、装配不方便错误等。 （2）键的安装位置错误、键的长度错误等。 （3）端盖与箱体配合错误、与轴配合错误、与轴承配合错误等。 （4）调整垫圈、毛毡垫圈、密封、减小加工面、轴的长度、三面接触、轴肩、轴套等。 15.2　课后习题详解 15-1　若轴的强度不足或刚度不足，可分别采取哪些措施？ 答：（1）提高轴的强度的措施： ①合理布置轴上零件以减小轴的载荷； ②改进轴上零件的结构以减小轴的载荷； ③对轴的表面进行热处理和表面硬化加工处理； ④用开卸载槽、增大过渡圆角半径等方法改进轴的结构以降低应力集中程度等。 （2）提高轴的刚度的措施： ①增大轴径； ②改变轴的外形等。 15-2　在进行轴的疲劳强度计算时，如果同一截面上有几个应力集中源，应如何取定应力集中系数？ 答：应取该截面上各应力集中源有效应力集中系数中的最大值为该截面的有效应力集中系数。 15-3　为什么要进行轴的静强度校核计算？校核计算时为什么不考虑应力集中等因素的影响？ 答：（1）静强度校核的目的在于评定轴抵抗塑性变形的能力。这对那些瞬时载荷很大，或应力循环的不对称性较为严重的轴是很必要的。 （2）校核计算时不考虑应力集中等因素的影响是因为应力集中不影响静应力的大小，只影响到应力幅的值。 15-4　图15-2-1所示为某减速器输出轴的结构图，试指出其设计错误，并画出改正图。 图15-2-1　轴的结构 答：（1）设计错误有： ①两轴承装反了，应当正装； ②端盖与轴之间应有间隙，并加密封圈； ③应有轴肩，以便轴承装配； ④键不能伸入端盖，轴的伸出部分应加长； ⑤齿轮轮毂应略长于相配合的轴段长； ⑥轴承左端应有轴肩进行轴向定位； ⑦端盖与箱体之间应加调整垫片。 （2）如图15-2-2所示，轴线下方即为其改正图。 图15-2-2 15-5　有一台离心式水泵，由电动机带动，传递的功率P＝3kW，轴的转速n＝960r/min，轴的材料为45钢，调质处理。试按强度要求计算轴所需的最小直径。 解：根据式计算。 其中，根据轴的材料查教材表15-3可得45钢A0＝112，将已知数据代入上式 取d＝18mm。 15-6　设计某搅拌机用的单级斜齿圆柱齿轮减速器中的低速轴（包括选择两端的轴承及外伸端的联轴器），如图15-2-3所示。 已知：电动机额定功率P＝4kW，转速n1＝750r/min，低速轴转速n2＝130r/min，大齿轮节圆直径d2′＝300mm，宽度B2＝90mm，轮齿螺旋角β＝12°，法向压力角αn＝20°。 要求：（1）完成轴的全部结构设计；（2）根据弯扭合成理论验算轴的强度；（3）精确校核轴的危险截面是否安全。 图15-2-3　单级齿轮减速器简图 解：（1）载荷计算 输出轴上的功率P2＝ηP＝0.97×4＝3.88kW 该轴传递的转矩T2＝9550P2/n2＝9550×3.88/130≈285N·m 圆周力Ft＝2T2/d2＝2×285/0.3＝1900N 径向力Fr＝Fttanαn/cosβ＝1900×tan20°/cos12°≈707N 轴向力F