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《机械设计基础》B卷1
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问答题 试指出图示轴系结构中的错误与不合理之处（要求用线条指出，并加以说明）。 &
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机械设计-滚动轴承习题与参考答案 1习题与参考答案一、选择题从下列各小题给出的 A、B、C、D 答案中任选一个：1 若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为 的轴承。A. 1 或 2 B. 3 或 7C. N 或 NU D. 6 或 NA2 一根轴只用来传递转矩，因轴较长采用三个支点固定在水泥基础上，各支点轴承应选用 。A. 深沟球轴承 B. 调心球轴承C. 圆柱滚子轴承 D. 调心滚子轴承3 滚动轴承内圈与轴颈、外圈与座孔的配合 。A. 均为基轴制 B. 前者基轴制，后者基孔制C. 均为基孔制 D. 前者基孔制，后者基轴制4 为保证轴承内圈与轴肩端面接触良好，轴承的圆角半径 r 与轴肩处圆角半径 r1 应满足 的关系。A. r=r1 B. r＞r lC. r＜r 1 D. r≤r l5 不宜用来同时承受径向载荷和轴向载荷。A. 圆锥滚子轴承 B. 角接触球轴承C. 深沟球轴承 D. 圆柱滚子轴承6 只能承受轴向载荷。A. 圆锥滚子轴承 B. 推力球轴承C. 滚针轴承 D. 调心球轴承7 通常应成对使用。A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承C. 推力球轴承 D. 圆柱滚子轴承8 跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用 。A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承C. 调心滚子轴承 D. 圆柱滚子轴承9 不是滚动轴承预紧的目的。A. 增大支承刚度 B. 提高旋转精度C. 减小振动噪声 D. 降低摩擦阻力10 滚动轴承的额定寿命是指同一批轴承中 的轴承能达到的寿命。A. 99％ B. 90％2C. 95％ D. 50％11 适用于多支点轴、弯曲刚度小的轴及难于精确对中的支承。A. 深沟球轴承 B. 圆锥滚子轴承C. 角接触球轴承 D. 调心轴承12 角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角 的增大而 。?A. 增大 B. 减小C. 不变 D. 不定13 某轮系的中间齿轮（惰轮）通过一滚动轴承固定在不转的心轴上，轴承内、外圈的配合应满足 。A. 内圈与心轴较紧、外圈与齿轮较松B. 内圈与心轴较松、外圈与齿轮较紧C. 内圈、外圈配合均较紧D. 内圈、外圈配合均较松14 滚动轴承的代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示 。A. 轴承的类型、结构和尺寸 B. 轴承组件C. 轴承内部结构变化和轴承公差等级 D. 轴承游隙和配置15 滚动轴承的类型代号由 表示。A. 数字 B. 数字或字母C. 字母 D. 数字加字母二、填空题16 滚动轴承的主要失效形式是 和 。17 按额定动载荷计算选用的滚动轴承，在预定使用期限内，其失效概率最大为 。18 对于回转的滚动轴承，一般常发生疲劳点蚀破坏，故轴承的尺寸主要按 计算确定。19 对于不转、转速极低或摆动的轴承，常发生塑性变形破坏，故轴承尺寸应主要按 计算确定。20 滚动轴承轴系支点轴向固定的结构型式是：（1） ；（2） ；（3） 。21 轴系支点轴向固定结构型式中，两端单向固定结构主要用于温度 的轴。22 其他条件不变，只把球轴承上的当量动载荷增加一倍，则该轴承的基本额定寿命是原来的 。23 其他条件不变，只把球轴承的基本额定动载荷增加一倍，则该轴承的基本额定寿命是原来的 。24 圆锥滚子轴承承受轴向载荷的能力取决于轴承的 。25 滚动轴承内、外圈轴线的夹角称为偏转角，各类轴承对允许的偏转角都有一定的限制，允许的偏转角越大，则轴承的 性能越好。三、问答题326 在机械设备中为何广泛采用滚动轴承？27 向心角接触轴承为什么要成对使用、反向安装？28 进行轴承组合设计时，两支点的受力不同，有时相差还较大，为何又常选用尺寸相同的轴承？29 为何调心轴承要成对使用，并安装在两个支点上？30 推力球轴承为何不宜用于高速？31 以径向接触轴承为例，说明轴承内、外圈为何采用松紧不同的配合。32 为什么轴承采用脂润滑时，润滑脂不能充满整个轴承空间？采用浸油润滑时，油面不能超过最低滚动体的中心？33 轴承为什么要进行极限转速计算？计算条件是什么？34 试说明轴承代号 6210 的主要含义。35 题 35 图示的简支梁与悬臂梁用圆锥滚子轴承支承，试分析正装和反装对轴系的刚度有何影响。题 35 图四、分析计算题36 某 6310 滚动轴承的工作条件为径向力 Fr=10 000N，转速 n=300r/min，轻度冲击（f p=1.35） ，脂润滑，预期寿命为 2 000h。验算轴承强度。37 选择一摇臂吊车立柱的推力球轴承。已知作用在立柱上的最大垂直载荷 Fa=50 000N，立柱转速 n=3 r/min，立柱重量 W=20 000N，立柱端的轴颈直径 d=60 mm。38 某 6308 轴承工作情况如下表，设每天工作 8h，试问轴承能工作几年（每年按 300 天计算）？工作时间 b/（%） 径向载荷 Fr/N 转速 n/（r/min）30 2 000 1
100注：有轻度冲击（f p=1.2） 。39 某球轴承的转速 n=400 r/min，当量动载荷 P=5 800N，求得其基本额定寿命为 7 000h。若把可靠度提高到 99%，轴承寿命是多少？若轴承寿命分别取为 3 700h、14 000h，轴承可靠度是多4少？40 某蜗杆轴转速 n=1 440r/min，间歇工作，有轻微振动， fp=1.2，常温工作。采用一端固定（一对 7209C 型轴承正安装） ，一端游动（一个 6209 型轴承）支承。轴承的径向载荷 Fr1=1 000N（固定端） 、F r2=450N（游动端） ，轴上的轴向载荷 Fx=3 000N，要求蜗杆轴承寿命 ≥2 hL?500h。试校核固定端轴承是否满足寿命要求。五、结构题41 分析轴系结构的错误，说明错误原因，并画出正确结构。题 41 图42 分析轴系结构的错误，说明错误原因，并画出正确结构。题 42 图43 分析轴系结构的错误，说明错误原因，并画出正确结构。题 43 图44 分析轴系结构的错误，说明错误原因，并画出正确结构。5题 44 图例解1. 如图所示，安装有两个斜齿圆柱齿轮的转轴由一对代号为 7210AC 的轴承支承。已知两齿轮上的轴向分力分别为 Fx1=3000N，F x2=5000N，方向如图。轴承所受径向载荷 Fr1=8600N，F r2=12500N。求两轴承的轴向力 Fa1、F a2。解题要点：（1）求轴承的内部轴向力 Fs：Fs1=0.68Fr1=0.68× N方向向右，即 ； ? ?? 1sFFs2=0.68Fr2=0.68× N方向向左，即 ；? ??2sF（2）外部轴向力合成：Fx=Fx2–Fx1=00 N方向向左，即 ；? ?x（3）求轴承的轴向力 Fa：轴向力分布图为 ? ?? 1sF? ??x? ?2sF1） “压紧、放松”判别法Fs2+Fx=N+10500N>Fs1=5848N故轴有向左移动的趋势，此时，Ⅰ轴承被压紧，Ⅱ轴承被放松。则两轴承的轴向力为Fa1=Fs2+Fx=10500NFa2=Fa2=8500N2）公式归纳法 NFxsa 850}2584,0ma{},{ 1m1221 ???????可见，方法 1） 、2）结果相同。62. 某转轴由一对代号为 30312 的圆锥滚子轴承支承，轴上斜齿轮的轴向分力Fx=5000N，方向如图。已知两轴承处的径向支反力 Fr1=13600N，F r2=22100N。求轴承所受的轴向力 Fa。解题要点：（1）求内部轴向力 Fs：N407.1236???Yts方向向右，即 ? ?? sFN65.2Frs方向向左，即 。? ??2sF（2）求轴承的轴向力 Fa：?? 1sF? ?x? ?2s1） “压紧、放松”判别法Fs1+Fx=N=9000N>Fs2=6500N故轴有向右移动的趋势，此时Ⅱ轴承被压紧，I 轴承被放松。因此轴承的轴向力为Fa1=Fs1=4000NFa2=Fs1+Fx=9000N2）公式归纳法 NFxsa 90}540,6ma{},{ 41221 ???????可见，方法 1） 、2）结果相同。3. 圆锥齿轮减速器输入轴由一对代号为 30206 的圆锥滚子轴承支承，已知两轴承外圈间距为 72mm，锥齿轮平均分度圆直径 dm=56.25mm，齿面上的切向力 Ft=1240N，径向力 Fr=400N，轴向力 Fx=240N，各力方向如图所示。求轴承的当量动载荷 P。7解题要点：（1）计算轴的支点距 l由手册查得，30206 轴承的支反力作用点到外圈宽端面的距离 13.8mm, 取??=14mm。故支点距 l=72mm+2×14mm=100mm。?右支点到齿宽中点的距离 l1=64mm–14mm=50mm。（2）计算轴承的径向力1）轴水平面支反力（图解 a）N6201540???tHRFN82t2）轴垂直面支反力（见图解 b）N102/51 ??????mxrVRdFN2r3）合成支反力N ?????VRHRFN9582轴承所受的径向力与轴的合成支反力大小相等，即Fr1=FR1=634N，F r2=FR2=1935N。（3）计算轴承的轴向力。查手册知，30206 轴承，e=0.37, Y=1.6。故N???YrsN052Frs轴向力分布图为 ；轴承的轴向力为? ??1sF? ?? 2s?? xFNFxsa 605}ma{},{3mx1221 ???????8（4）计算当量动载荷 37.05.631???eFta查手册知，X=0.4, Y=1.6，取 fP=1.5，则N.(1)(11 ?????atpYXfP37.0.935602???eFta故 X=1，Y=0，则N.1)(222 ???ratpFYXfP4. 已知某转轴由两个反装的角接触球轴承支承，支点处的径向反力Fr1=875N，F r2=1520N，齿轮上的轴向力 Fx=400N，方向如图，转的转速 n=520r/min，运转中有中等冲击，轴承预期寿命 。若初选轴承型号为 7207C，试验算其寿hLh30??命。解题要点：由标准知 7207C 轴承，C=30500N，C 0=20000N。（1）计算轴承的轴向力需先计算轴承的内部轴向力 Fs。对于所选轴承，F s=eFr，而 e 值取决地 Fa/C0，但Fa 待求，故用试算法。先试取 e=0.4，则N???rseN622rs轴向力分布图为 ? ??2sF? ?s? ?? 1sF轴承的轴向力为 NNsaxs,350ma{},{2211?????相对轴向载荷10?CFaa由 X、Y 系数表经插值计算得 e1=0.422, e2=0.401。再计算：N???rseFN02rsFa1=1010N Fa2=610N035.261.001?Caa两次计算的 Fa/C0 值相关不大，故可取 e1=0.422, e2=0.401; Fa1=1010N， Fa2=610N。（2）计算当量动载荷 115.870era??故查表得 X=0.44, Y=1.326。则N54.0()(11 ?????arpYFZfP224.056era??查系数表，X=1，Y=0。故N28015.)(22 ??arpYFXfP因 ，故按 P1 计算轴承寿命。1?（3）验算轴承寿命。 hLhCnLh 06 ???????????????????（4）静载荷计算10由系数表查得，7207C 轴承，X 0=0.5，Y 0=0.46。故当量静载荷为N92)146.875.(10101 ??????arFXPP01=Fr2=1520 N两者取大值，故 P0=902 NN104)64. ??????arP02=Fr2=1520 N两者取大值，故 P02=Fr2=1520N。又因 P02e。由寿命公式 ????????PCLnh601令 ，则可解出hh? NnLh 6???（1）设 Fa/C0=0.07，由系数表查得，X=0.56, Y=1.63。取 fp=1.0，则根据当量动载13荷公式 arPYFXF???)(故轴向力 Fa 可求得为 NYa?此时，F a/C0==0.9，仍与所设不符。（2）设 Fa/C0=0.085，查表得 Y=1.546,NYPa?Fa/C0==0.09，仍与所设不符。（3）设 Fa/C0=0.09，查得 Y=1.256, 同法求得 Fa=2198N，F a/C0=0.091，与假设基本相符。结论：6308 轴承可以承受的最大轴向力为 2198N。7. 某设备主轴上的一对 30308 轴承，经计算轴承Ⅰ、Ⅱ的基本额定寿命分别为Lh1=31000h， Lh2=15000h。若这对轴承的预期工作寿命为 20000h，试求满足工作寿命时的可靠度。若只要求可靠度为 80%，轴承的工作寿命是多少？解题要点：（1）计算得到的基本额定寿命是可靠度为 90%时的寿命，其失效概率为 10%。预期工作寿命若与基本额定寿命不相等，则失效概率也不同，即预期工作寿命是失效概率为 n 时的修正额定寿命。此时，可靠度 R 可由以下公式求出：?????????10536.LneR式中，L n 是失效概率为 n 时的修正定额寿命：L 10 为基本额定寿命；β 为表示试验轴承离散程度的离散指数，对球轴承 β=10/9，对滚子轴承 β=9/8。故 I 轴承预期寿命下的可靠度为 %7.?????????eRII 轴承预期寿命下的可靠度为14%4.?????????eR（2）若要求可靠度为 80%，则失效概率为 20%，此时轴承寿命可由下式求出：L20=a1L1015式中 a1 为可靠性寿命修正系数，对滚子轴承，R=80%时，a 1=1.95。故对 I 轴承L20=1.95× h对 II 轴承L20=1.95× h8. 图示采用一对反装圆锥滚子轴承的小锥齿轮轴承组合结构。指出结构中的错误，加以改正并画出轴向力的传递路线。解题要点：该例支点的轴向固定结构型式为两端固定结构，即两支点各承担一个方向的轴向力。（1）存在的问题1）两轴承外圈均未固定，轴运转时，外圈极易松动脱落。2）轴向力无法传到机座上。向左推动轴外伸端时，整个轴连同轴承均将从套杯中滑出；齿轮工作时将受到向右的轴向力，此时轴将带着左轴承和右轴承的内圈向右移动，致使右轴承分离脱落。3）轴承间隙无法调整。4）改正方法（2）改正方法1）将两轴承内圈间的套筒去掉，再将套杯中间部分内径减小，形成两价目内挡肩固定轴承外圈，从而使左轴承上向右的轴向力及右轴承上向左的轴向力通过外圈、套杯传到机座上。2)在右轴承右侧轴上制出一段螺纹，并配以圆螺母和止动垫圈用来调整轴承间隙，16同时借助圆螺母轴上向左的轴力传到套杯上。3）在套杯和机座间加调整垫片，以调整轴系的轴向位置；在套杯和端盖间也应加调整垫片，使端盖脱离轴承外圈，兼起密封作用。改正后的结构及轴向力的传递路线见图解。9. 图示的蜗杆轴轴承组合结构，一端采用一对正装的角接触球轴承，另一端为圆柱滚子轴承。指出图中错误加以改正，并画出轴向力的传递路线。解题要点：该例的支点轴向固定结构应为一端固定、一端游动的型式，即轴承组一侧为固定端、固柱滚子轴承一侧为游动端。（1）存在问题1）固定端两轴承的内、外圈均未作双向固定。当轴肥向左的轴力时，该支点上两轴承将随着轴从套杯中脱出，或轴颈与轴承内圈配合松动，故无法将向左的轴向力传到机座上。2）固定端两轴承的间隙无法调整。3）游动端支承采用的是普通型圆柱滚子轴承，即外圈两侧均不带挡边，因此是可分离型的轴承，为保证“游而不散”其内、外圈均应作双向固定，否则内17圈与轴颈的配合易松动，外圈与滚动体极易分离、脱落。4）轴系的轴向位置无法调整。（2）改正方法1）固定端套杯的左端应加内挡肩；轴右端制出螺纹，配圆螺母、止动垫圈固定轴承内圈。这样可将向左的轴向力通过轴承组和套杯传到机座上。2）在右端盖和套杯间加调整垫片 1，以调整轴承间隙。3）左支承处套杯右侧加内挡肩，轴承外圈左侧加孔用弹性挡圈，以实现对外圈的双向固定，防止其轴向移动；轴承内圈左侧加轴用弹性挡圈，以实现内圈的双向固定；游动将在滚动体和外圈滚道之间实现。4）套杯与机座间应加调整热片 2，实现轴系轴向位置的调整。改正后的结构及轴向力传递路线如图解所示。10. 试分析图示轴系结构的错误，并中以改正。齿轮用油润滑、轴承用脂润滑。解题要点：（1）支点轴向固定结构错误1）该例为两端固定结构，但应将两轴承由图示的反安装型改为正安装，否则轴向力无法传到机座上；2）左轴端的轴用弹性挡圈多余，应去掉。3）无法调整轴承间隙，端盖与机座间应加调整垫片。18（2）转动件与静止件接触错误1）左轴端不应顶住端盖；2）联轴器不应与端盖接触；3）右端盖不应与轴接触，孔径应大于轴径。（3）轴上零件固定错误1）套筒作用不确定，且轴上有键，无法顶住齿轮；套筒不能同时顶住轴承的内、外圈；齿轮的轴向固定不可靠（过定位） ；2）联轴器轴向位置不确定。（4）加工工艺不合理1）轴上两处键槽不在同一母线上；2）联轴器键槽未开通，深度不符标准；3）箱体外端面的加工面与非加工面未分开。（5）装配工艺错误1）轴肩、套筒直径过大，两轴承均无法拆下；2）齿轮处键过长，轴颈右侧应减小直径。（6）润滑与密封错误1）轴承处未加挡油盘；2）右端盖未考虑密封。改正后的结构见图解。六、习题参考答案191、选择题1 A； 2 B； 3 D； 4 B； 5 D； 6 B； 7 B；8 C； 9 D； 10 B； 11 D； 12 A； 13 B； 14 A；15 B；2、填空题16 疲劳点蚀；塑性变形17 10％18 疲劳寿命19 静强度20 两端单向固定；一端固定，一端游动；两端游动21 不高；短轴22 1/823 8 倍24 接触角 α25 调心3、问答题（参考答案从略）4、分析计算题36 解题要点：Lh=5 330h＞L h′=2 000h，故疲劳强度足够；P0=10 000 N，S 0′=3.8 ＞S 0=0.8～1.2，故静强度足够。37 解题要点：初选 51212 单向推力球轴承。因转速很低，只算静强度。P0=Fa+W=50 000 N+20 000 N=70 000 NS0′=2.54＞S 0，故所选轴承能满足要求。38 解题要点：6308 轴承：C=40.8kN ，C 0=24kN，n lim=7 000 r/min。（1）寿命计算平均当量转速：nm=n1b1+n2b2+n3b3=400 r/min平均当量动载荷 Pm：因轴承 Fa=0，故 P=fpFr，可求得 P1=1.2×2 000N=2 400 N，P 2=fpFr2=5 400N，P 3=fpFr3=10 680NPm= nbbm5793??? ??hPCLh140601?????????年.38?ht20（2）极限转速计算由 C/Pm 查得 f1=0.84，f 2=1.0，故nmax=f1f2nlim=5880r/min＞n m=400r/min即轴承可以保证 6.04 年的寿命。39 解题要点：（1）R=99%时的寿命L1=αL 10=0.21×h（2）可靠度计算由式 ?????????mnLeR10536.对球轴承取 β=10/9 ，代入 L10=7000h、L n1=3700h、L n2=14000h，可求得可靠度：R1=94.9%、R 2=79.6%。40 解题要点：Fa=Fx=3000NFa/C0==0.078，e=0.45 。F a/Fr=＞e ，故 x=0.72，Y=2.07。P=fp（XFr+YFa）=C=1.625×3N?ChLhPnLh ???????????故满足寿命要求。5、结构题41 改正后的结构见题 41 图解42 改正后的结构见题 42 图解43 改正后的结构见题 43 图解44 改正后的结构见题 44 图解题 41 图解21题 42 图解题 43 图解题 44 图解
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轴系装配结构设计错误案例
轴系装配结构设计错误案例：
1、图示为一用对圆锥滚子轴承外圈窄边相对安装的轴系结构。请按示例①所示，指出图中的其他结构错误（不少于7处）
（注：润滑方式、倒角和圆角忽略不计。）
例①&&缺少调整垫片
⑴&&缺少调整垫片
⑵&&轮毂键槽不对
⑶&&与齿轮处键槽的位置不在同一角度上
⑷&&键槽处表达不正确（应该局部剖视）
⑸&&端盖孔与轴径间无间隙
⑹&&多一个键
⑺&&齿轮左侧轴向定位不可靠
⑻&&齿轮右侧无轴向定位
⑼&&轴承安装方向不对
⑽&&轴承外圈定位超高
⑾&&轴与轴承端盖相碰
2、请说明图示轴系结构中用数字标出位置的错误（不合理）的原因。
&⑴&&轴肩的高度超出了轴承内圈的外径；
⑵&&轴段的长度应该小于轮毂的宽度；
⑶&&螺纹轴段缺少退刀槽；
⑷&&键槽应该与中间部位的键槽在同一母线上布置；
⑸&&键的长度应该小于轴段的长度。
轴结构常见错误总结
㈠、轴本身的常见结构错误：
⑴、必须把不同的加工表面区别开来；
⑵、轴段的长度必须小于轮毂的长度；
⑶、必须考虑轴上零件的轴向、周向固定问题；
⑷、轴外伸处应考虑密封问题。
㈡、轴承安装的常见错误：
⑴、角接触轴承和圆锥滚子轴承
①、一定要成对使用；
②、方向必须正确，必须正装或反装；
③、外圈定位（固定）边一定是宽边。
⑵、轴承内外圈的定位必须注意内外圈的直径尺寸问题
①、内圈的外径一定要大于固定结构的直径；
②、外圈的内径一定要小于固定结构的直径。
⑶、轴上如有轴向力时，必须使用能承受轴向力的轴承。
⑷、轴承必须考虑密封问题；
⑸、轴承必须考虑轴向间隙调整问题。
㈢、键槽的常见错误：
⑴、同一轴上所有键槽应在一个对称线上；
⑵、键槽的长度必须小于轴段的长度；
⑶、半圆键不用于传动零件与轴的连接。
㈣、轴承端盖的常见错误
⑴、对于角接触和圆锥滚子轴承，轴承端盖一定要顶在轴承的大端；
⑵、和机体的联接处必须要考虑轴承的间隙调整问题；
⑶、轴承端盖为透盖时，必须和轴有间隙，同时，必须考虑密封问题。
㈤、螺纹的常见错误
⑴、轴上螺纹应有螺纹退刀槽;
⑵、紧定螺钉应该拧入轴上被联接零件,端部应顶在轴上;
⑶、螺纹联接应保证安装尺寸;
⑷、避免螺纹联接件承受附加弯矩。&#xe621; 上传我的文档
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上届《机械设计基础》考试卷A与答c
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