2025年軸試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.某新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸在運(yùn)行中同時(shí)承受彎矩和扭矩作用，其類型屬于（）。A.心軸B.轉(zhuǎn)軸C.傳動(dòng)軸D.曲軸2.機(jī)械設(shè)計(jì)中，軸的材料選擇需綜合考慮強(qiáng)度、工藝性和成本。以下哪種材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后常用于承受中等載荷的通用轉(zhuǎn)軸？（）A.Q235B.40CrC.HT200D.ZL1023.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為避免應(yīng)力集中，軸肩與輪轂端面之間的過渡圓角半徑應(yīng)（）輪轂孔端倒角尺寸。A.大于B.等于C.小于D.無關(guān)4.采用第三強(qiáng)度理論校核轉(zhuǎn)軸的彎扭合成強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)量應(yīng)力計(jì)算公式為σe=√(σb2+4τ2)，其中τ為（）。A.彎曲切應(yīng)力B.扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力C.軸向壓應(yīng)力D.接觸應(yīng)力5.某機(jī)床主軸采用滑動(dòng)軸承支撐，為提高軸頸表面的耐磨性，常用的熱處理工藝是（）。A.正火B(yǎng).完全退火C.表面淬火D.球化退火6.軸與輪轂的連接中，平鍵連接的主要失效形式是（）。A.鍵的剪切破壞B.輪轂的擠壓破壞C.軸的扭轉(zhuǎn)斷裂D.鍵的彎曲變形7.計(jì)算軸的最小直徑時(shí)，通常采用扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算，公式d≥√(9.55×10?P/(n[τ]))，其中P的單位是（）。A.kWB.N·mC.ND.r/min8.對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的軸，需進(jìn)行臨界轉(zhuǎn)速校核，其根本目的是避免（）。A.靜強(qiáng)度不足B.疲勞斷裂C.共振D.磨損加劇9.軸上安裝滾動(dòng)軸承的軸段，其公差帶通常選擇（）。A.h6B.H7C.k6D.N710.某風(fēng)力發(fā)電機(jī)主軸因長(zhǎng)期運(yùn)行出現(xiàn)表面微裂紋，其主要失效形式是（）。A.過量彈性變形B.塑性變形C.疲勞斷裂D.腐蝕失效二、填空題（每空1分，共20分）1.按承載性質(zhì)分類，只承受彎矩不傳遞扭矩的軸稱為______；既承受彎矩又傳遞扭矩的軸稱為______。2.軸的常用材料中，45鋼經(jīng)______處理后可獲得良好的綜合力學(xué)性能；20CrMnTi經(jīng)______處理后適用于重載、高速的齒輪軸。3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，軸肩的主要作用是______；軸端倒角的作用是______。4.計(jì)算轉(zhuǎn)軸的彎扭合成強(qiáng)度時(shí)，對(duì)于不變的扭矩，應(yīng)力修正系數(shù)α取______；對(duì)于脈動(dòng)循環(huán)扭矩，α取______（注：以材料的對(duì)稱循環(huán)許用彎曲應(yīng)力[σ-1]為基準(zhǔn)）。5.軸上鍵槽的加工方法主要有______和______，其中______加工的鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度削弱較小。6.滾動(dòng)軸承與軸的配合中，通常軸采用______公差帶，軸承內(nèi)圈與軸為______配合；軸承外圈與殼體孔為______配合。7.軸的臨界轉(zhuǎn)速分為一階、二階等，實(shí)際設(shè)計(jì)中通常需保證工作轉(zhuǎn)速低于______臨界轉(zhuǎn)速的______%，以避免共振。8.軸的表面粗糙度對(duì)疲勞強(qiáng)度影響顯著，重要軸段的表面粗糙度Ra一般應(yīng)控制在______μm以下；滑動(dòng)軸承配合的軸頸表面Ra應(yīng)更小，通常為______μm。三、判斷題（每題2分，共10分。正確打“√”，錯(cuò)誤打“×”）1.傳動(dòng)軸僅傳遞扭矩，因此設(shè)計(jì)時(shí)只需校核扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，無需考慮彎矩。（）2.軸的材料選擇中，合金鋼的強(qiáng)度高于碳鋼，因此所有軸類零件都應(yīng)優(yōu)先選用合金鋼。（）3.軸肩高度應(yīng)大于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈的厚度，以確保軸承軸向定位可靠。（）4.采用空心軸可在不顯著降低強(qiáng)度的前提下減輕重量，適用于高速旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。（）5.軸的疲勞斷裂通常起始于表面或近表面的應(yīng)力集中區(qū)域，斷口可見明顯的疲勞源和貝紋線。（）四、計(jì)算題（共30分）1.（10分）某減速箱輸入軸傳遞的功率P=15kW，轉(zhuǎn)速n=960r/min，材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[τ]=35MPa）。試估算該軸的最小直徑（保留兩位小數(shù)，公式：d≥√(9.55×10?P/(n[τ]))）。2.（10分）某轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)截面處的彎矩M=800N·m，扭矩T=600N·m，軸徑d=40mm，材料為40Cr（調(diào)質(zhì)處理，σb=750MPa，σ-1=350MPa，τ-1=200MPa）。若取安全系數(shù)S=1.5，試按第三強(qiáng)度理論校核該截面的強(qiáng)度（公式：σe=√(σb2+4τ2)≤[σ-1]/S，其中σb=32M/(πd3)，τ=16T/(πd3)）。3.（10分）某電機(jī)軸與齒輪采用A型平鍵連接，已知軸徑d=50mm，鍵的尺寸b×h=14mm×9mm，齒輪傳遞的扭矩T=1200N·m，鍵的許用擠壓應(yīng)力[σp]=100MPa（輪轂材料為鑄鐵）。試校核鍵連接的擠壓強(qiáng)度（公式：σp=4T/(dhl)，l為鍵的工作長(zhǎng)度，取l=L-b，L為鍵長(zhǎng)，此處L=80mm）。五、分析題（共20分）1.（10分）某企業(yè)生產(chǎn)的機(jī)床主軸在運(yùn)行3個(gè)月后出現(xiàn)斷裂，斷口分析顯示為疲勞斷裂。請(qǐng)結(jié)合軸的設(shè)計(jì)與制造過程，分析可能的原因（至少列出5點(diǎn)），并提出改進(jìn)措施。2.（10分）圖示為某機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)（假設(shè)圖中存在以下問題：①軸肩圓角半徑過??；②鍵槽位于軸的同一母線上；③軸承安裝段與齒輪安裝段直徑差過大；④軸端未倒角）。請(qǐng)逐一分析這些問題對(duì)軸性能的影響，并提出改進(jìn)建議。答案一、單項(xiàng)選擇題1.B2.B3.A4.B5.C6.B7.A8.C9.C10.C二、填空題1.心軸；轉(zhuǎn)軸2.調(diào)質(zhì)；滲碳淬火3.軸向定位；便于零件裝配4.0.3；0.6（注：實(shí)際取值需根據(jù)教材定義，此處以常見標(biāo)準(zhǔn)為例）5.銑削；拉削；拉削6.基孔制；過盈；過渡或間隙7.一階；758.1.6；0.8三、判斷題1.×2.×3.×4.√5.√四、計(jì)算題1.解：代入公式d≥√(9.55×10?×15/(960×35))=√(143250000/33600)=√(4263.39)=20.65mm答：最小直徑約為20.65mm。2.解：σb=32×800/(π×403×10??)=32×800/(π×64000×10??)=25600/(2.01×10??)=127.36MPa（注：?jiǎn)挝粨Q算需注意，實(shí)際計(jì)算應(yīng)為σb=32M/(πd3)=32×800/(π×(0.04)3)=32×800/(π×6.4×10??)=25600/(2.01×10??)=127.36×10?Pa=127.36MPa）τ=16×600/(π×(0.04)3)=9600/(2.01×10??)=47.76MPaσe=√(127.362+4×47.762)=√(16220+9120)=√25340≈159.2MPa[σ-1]/S=350/1.5≈233.3MPa因159.2MPa＜233.3MPa，故強(qiáng)度滿足要求。3.解：鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=80-14=66mm=0.066mσp=4×1200/(0.05×0.009×0.066)=4800/(2.97×10??)=161.6×10?Pa=161.6MPa因161.6MPa＞[σp]=100MPa，故擠壓強(qiáng)度不滿足，需增大鍵長(zhǎng)或改用強(qiáng)度更高的鍵材料。五、分析題1.可能原因：①軸的材料選擇不當(dāng)（如強(qiáng)度不足或韌性差）；②熱處理工藝不合理（如表面硬度高但心部韌性低）；③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在應(yīng)力集中（如鍵槽未倒圓角、軸肩過渡圓角過小）；④加工質(zhì)量差（表面粗糙度高，存在刀痕等缺陷）；⑤運(yùn)行載荷超過設(shè)計(jì)值（如頻繁過載或沖擊載荷）；⑥潤(rùn)滑不良導(dǎo)致局部磨損，加速疲勞裂紋擴(kuò)展。改進(jìn)措施：①選用綜合力學(xué)性能更好的材料（如40Cr調(diào)質(zhì)）；②優(yōu)化熱處理工藝（如調(diào)整淬火溫度和回火時(shí)間）；③修改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（增大過渡圓角、分散鍵槽位置）；④提高加工精度（降低表面粗糙度，采用拋光處理）；⑤增加過載保護(hù)裝置；⑥加強(qiáng)潤(rùn)滑管理，定期檢測(cè)油液狀態(tài)。2.問題分析與改進(jìn)：①軸肩圓角半徑過小會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，易引發(fā)疲勞裂紋；改進(jìn)：增大圓角半徑，一般