第37练 轴 江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第37练，内容涵盖7-1 轴。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第37练 模块7 轴和轴承 第1节 轴 一、单项选择题 1．按承受载荷的性质轴分为转轴、心轴和传动轴三类。减速器中的齿轮轴既承受弯矩又承受转矩，该轴属于（ ） A．转轴 B．心轴 C．传动轴 D．阶梯轴 【答案】A 【解析】转轴既承受弯矩又承受转矩，是机器中最常见的轴，如减速器中的齿轮轴、电动机轴。心轴只承受弯矩不传递转矩，如火车车轮轴（转动心轴）和自行车前轮轴（固定心轴）。传动轴主要承受转矩不承受或承受很小弯矩，如汽车传动轴。 2．轴上零件的轴向定位方式有多种。轴肩（或轴环）是常用的轴向定位方法，其优点是（ ） A．装拆方便且可传递较大轴向力 B．轴向距离可以无级调节 C．不需要在轴上加工任何结构 D．可用于轴端固定 【答案】A 【解析】轴肩结构简单可靠能承受较大轴向力，是最常用轴向定位方法。其他方式：套筒用于两零件间轴向定位结构简单；圆螺母用于轴端或轴向力较大处需防松；弹性挡圈用于轴向力较小处结构紧凑；轴端挡圈用于轴端固定。 3．轴的结构设计中有多项基本原则。轴设计成阶梯形而非等直径圆柱的主要原因之一是（ ） A．减轻轴的重量 B．使轴的外形美观 C．便于轴上零件的装拆和定位 D．提高轴的抗扭刚度 【答案】C 【解析】阶梯轴的各段直径不同，从轴端起直径逐段增大，轴上零件可依次从轴端套入沿轴移动到位逐一定位。若为等直径轴零件无法方便定位且装拆困难。此外阶梯轴能近似等强度（弯矩大处直径大弯矩小处直径小）节省材料。 4．轴在初步设计时需估算最小轴径。按扭转强度条件估算轴径的公式为d≥C×(P/n)^(1/3)，其中系数C与轴的材料有关。选用45钢（调质处理）时系数C通常取（ ） A．160至135 B．118至107 C．107至98 D．98至90 【答案】B 【解析】系数C取决于材料的许用扭转切应力。45钢调质处理C≈118至107；Q235等碳素钢C≈160至135；40Cr等合金钢C≈107至98。C越小许用应力越大所需轴径越小。该公式为初估最小轴径后再进行弯扭合成强度校核确定最终尺寸。 5．轴上零件实现周向固定以防止零件与轴产生相对转动。键连接是最常用的周向固定方式。除键连接外另一种能同时实现轴向和周向固定的连接方式是（ ） A．弹性挡圈 B．过盈配合 C．销连接 D．轴端挡圈 【答案】C 【解析】销连接可同时实现轴向和周向固定，通常用于轻载或不重要的场合。过盈配合是利用轴与孔的过盈量产生的摩擦力传递转矩和轴向力但装拆不便。弹性挡圈和轴端挡圈只能实现轴向固定。 二、填空题 6．轴按承受载荷的性质分为____轴（同时承受弯矩和转矩）、____轴（仅承受弯矩不传递转矩）和____轴（主要承受转矩）。其中自行车前轮轴属于____轴，汽车底盘中连接变速箱和后桥的轴属于____轴。 【答案】转；心；传动；心（固定心轴）；传动 【解析】三类轴的区别在于载荷性质。转轴最普遍（如减速器轴），心轴分转动心轴（火车轮轴）和固定心轴（自行车前轴），传动轴主要传递转矩（如汽车传动轴、起重机传动轴）。 7．轴的轴向定位方式中____结构简单可靠能承受较大轴向力最为常用；____用于轴上两零件间距离较短时；____用于轴端需较大轴向力的场合但需加装____装置防止松动；弹性挡圈适用于轴向力____的场合。 【答案】轴肩；套筒；圆螺母；防松；较小 【解析】五种轴向定位方式的适用场合和特点：轴肩（最常用可靠）、套筒（两零件间用结构简单）、圆螺母（轴端大轴向力需防松）、弹性挡圈（小轴向力紧凑）、轴端挡圈（轴端固定需防松）。选择时考虑轴向力大小和装拆要求。 三、问答题 8．轴的结构设计需要综合考虑轴上零件的定位、装拆和轴的制造工艺性。请回答：（1）轴设计成阶梯形的主要目的是什么？（2）轴上零件实现周向固定的常用方式有哪些？（3）轴的结构设计中应考虑哪些制造工艺性要求？ 【答案】（1）阶梯形轴的目的：便于轴上零件的装拆和轴向定位，从轴端起直径逐段增大零件依次套入后逐一定位。此外可实现近似等强度设计，轴的最大弯矩截面处直径最大、弯矩小处直径小，节省材料降低重量。轴肩还可承受轴向力作为轴承等零件的定位面。（2）周向固定方式：键连接最常用（传递转矩可靠拆装方便），花键连接（传递大转矩且对中性好用于汽车变速箱），销连接（同时周向和轴向固定用于轻载），过盈配合（靠过盈量产生摩擦力无需额外零件但装拆不便）。（3）制造工艺性：轴上应有倒角和圆角（方便装配避免应力集中）；不同轴段应有确定的加工基准面；退刀槽和砂轮越程槽在需要磨削或车螺纹处预先加工；轴端应有中心孔便于加工定位；减小轴径变化级数减少换刀次数。 【解析】轴的结构设计三大要点：轴向定位（轴肩套筒圆螺母）、周向固定（键花键销过盈）、工艺性（倒角圆角退刀槽）。设计时优先用轴肩定位（最可靠），传递转矩首选键连接。 四、计算题 9．一减速器输入轴传递功率P=10kW，转速n=960r/min，轴的材料选用45钢调质处理，系数C=112。试按扭转强度条件估算该轴的最小轴径dmin（公式d≥C×(P/n)^(1/3)），并说明该轴径可能安装的轴段位置。 【答案】dmin≥C×(P/n)^(1/3)=112×(10/960)^(1/3)。先计算P/n=10/960≈0.01042。(P/n)^(1/3)=0.01042^(1/3)≈0.218。dmin≥112×0.218≈24.4mm。圆整取dmin=25mm。该最小轴径应位于轴的输入端（安装联轴器或带轮的轴段），因为该段只承受转矩不承受弯矩，按纯扭转计算的最小轴径是安全的。其他有弯矩的轴段直径应在此基础上适当增大。 【解析】d≥C×(P/n)^(1/3)是轴径初估公式，根据扭转强度条件推导得出。C取决于材料许用扭转切应力。计算出的dmin是轴的最小直径，有键槽时应适当增大（一个键槽增大3%至5%，两个键槽增大7%至10%）。 五、综合应用题 10．减速器输出轴的结构设计简图按从左到右的顺序为：轴端螺纹段（安装圆螺母）→轴承安装段→齿轮安装段（带键槽）→轴肩→轴承安装段→轴端（安装联轴器）。轴上装有一对深沟球轴承和一个人字齿轮。请回答：（1）指出该轴上使用了哪几种轴向定位方式？各用于什么部位？（2）齿轮的周向固定采用什么方式？为什么必须在齿轮安装段开设键槽？（3）轴肩处的过渡圆角设计过小会导致什么问题？如果该轴在长期运行后轴肩根部出现裂纹，分析原因和可采取的改进措施。 【答案】（1）轴向定位方式：圆螺母（轴端螺纹段承受轴向力防止左侧轴承和齿轮轴向窜动需加装防松垫圈）；轴肩（齿轮右侧定位承受齿轮轴向力，轴承右侧定位）；套筒或轴环（两轴承间传递轴向力）。轴端挡圈或联轴器自带的轴向定位件（最右端）。（2）齿轮周向固定采用键连接（平键）。齿轮安装段必须开设键槽的原因：齿轮内孔为圆柱面与轴的光轴部分为间隙配合，若不设键连接齿轮会相对于轴周向滑动无法传递转矩。键嵌入轴的键槽和齿轮轮毂键槽中形成周向固定。（3）轴肩过渡圆角过小导致严重的应力集中，在交变载荷作用下该处产生疲劳裂纹并逐渐扩展最终发生疲劳断裂。轴肩处截面突变是应力集中的高危区域。改进措施：增大过渡圆角半径（在不影响零件定位的前提下尽量取较大值）；采用凹切圆角或卸载槽结构减轻应力集中；对轴肩处表面进行滚压或喷丸强化处理引入残余压应力；提高表面光洁度减少表面微观缺陷。 【解析】本题综合考察轴的结构设计三个维度：轴向定位（防止轴向窜动用轴肩圆螺母套筒）、周向固定（传递转矩用键花键销过盈）、抗疲劳设计（圆角倒角表面强化减小应力集中）。轴肩圆角设计是轴疲劳断裂防护的关键细节。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机械类《机械基础》（高教版·第3版）一课一练的第37练，内容涵盖7-1 轴。 江苏省（职教高考）机械类 一课一练 《机械基础》（高教版·第3版） 第37练 模块7 轴和轴承 第1节 轴 一、单项选择题 1．按承受载荷的性质轴分为转轴、心轴和传动轴三类。减速器中的齿轮轴既承受弯矩又承受转矩，该轴属于（ ） A．转轴 B．心轴 C．传动轴 D．阶梯轴 2．轴上零件的轴向定位方式有多种。轴肩（或轴环）是常用的轴向定位方法，其优点是（ ） A．装拆方便且可传递较大轴向力 B．轴向距离可以无级调节 C．不需要在轴上加工任何结构 D．可用于轴端固定 3．轴的结构设计中有多项基本原则。轴设计成阶梯形而非等直径圆柱的主要原因之一是（ ） A．减轻轴的重量 B．使轴的外形美观 C．便于轴上零件的装拆和定位 D．提高轴的抗扭刚度 4．轴在初步设计时需估算最小轴径。按扭转强度条件估算轴径的公式为d≥C×(P/n)^(1/3)，其中系数C与轴的材料有关。选用45钢（调质处理）时系数C通常取（ ） A．160至135 B．118至107 C．107至98 D．98至90 5．轴上零件实现周向固定以防止零件与轴产生相对转动。键连接是最常用的周向固定方式。除键连接外另一种能同时实现轴向和周向固定的连接方式是（ ） A．弹性挡圈 B．过盈配合 C．销连接 D．轴端挡圈 二、填空题 6．轴按承受载荷的性质分为____轴（同时承受弯矩和转矩）、____轴（仅承受弯矩不传递转矩）和____轴（主要承受转矩）。其中自行车前轮轴属于____轴，汽车底盘中连接变速箱和后桥的轴属于____轴。 7．轴的轴向定位方式中____结构简单可靠能承受较大轴向力最为常用；____用于轴上两零件间距离较短时；____用于轴端需较大轴向力的场合但需加装____装置防止松动；弹性挡圈适用于轴向力____的场合。 三、问答题 8．轴的结构设计需要综合考虑轴上零件的定位、装拆和轴的制造工艺性。请回答：（1）轴设计成阶梯形的主要目的是什么？（2）轴上零件实现周向固定的常用方式有哪些？（3）轴的结构设计中应考虑哪些制造工艺性要求？ 四、计算题 9．一减速器输入轴传递功率P=10kW，转速n=960r/min，轴的材料选用45钢调质处理，系数C=112。试按扭转强度条件估算该轴的最小轴径dmin（公式d≥C×(P/n)^(1/3)），并说明该轴径可能安装的轴段位置。 五、综合应用题 10．减速器输出轴的结构设计简图按从左到右的顺序为：轴端螺纹段（安装圆螺母）→轴承安装段→齿轮安装段（带键槽）→轴肩→轴承安装段→轴端（安装联轴器）。轴上装有一对深沟球轴承和一个人字齿轮。请回答：（1）指出该轴上使用了哪几种轴向定位方式？各用于什么部位？（2）齿轮的周向固定采用什么方式？为什么必须在齿轮安装段开设键槽？（3）轴肩处的过渡圆角设计过小会导致什么问题？如果该轴在长期运行后轴肩根部出现裂纹，分析原因和可采取的改进措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $