第五章课后习题讲解机械设计.ppt

P82课后习题 5 1题图5 1 a b c 表示三种被联接件结构 其形状和有关尺寸如图所示 它们的材料均为铸铁 现欲用M12的螺纹联接件联接 为了防止松脱应使用弹簧垫圈 请确定联接类型 并从手册中查出所用联接件 包括弹簧垫圈 尺寸 画出正确的联接结构 解 本人所用资料均为 清华大学吴宗泽主编 机械设计课程设计手册 第3版 高等教育出版社 2006年5月出版a由P122表9 16可知 因为零件表面未精加工 所以为了避免螺栓承受偏心载荷 需要加工沉头座 由该书P51页表3 27查得 沉头座尺寸d1 13 5mm d2 26mm 高度可取为t 2mm 由该手册P48页表3 22查得标准型弹簧垫圈可标记为 垫圈GB T9312 由表知其厚度为3 1mm 由P47页表3 19查得螺母可标记为 螺母GB T6170M12 厚度m 10 8mm 公称长度l m 前面查表知为10 8 3 1 2 20 20 2 49 9mm 由P39页表3 9查得取l 55mm 螺栓可标记为 螺栓GB T5782M12 55 考虑扳手空间 由P161页表11 2查得 C1min 18mm C2min 16mm 均取为C1 C2 20mm 最后的连接结构a b同样道理需要加工沉头座且沉头座尺寸与垫圈规格与图5 1a完全一样 又由于下面零件结构不允许安装螺母 所以必须采用螺钉结构 此处选用螺栓GB T5782M12 l 螺栓此种情况下可以代替螺钉 而且一般螺钉很少有M12规格的 此处螺栓的公称长度l待定 查该手册P52页表3 29知需要拧入深度 零件是铸铁 为L 18mm 于是公称长度l 3 1 2 20 18 39 1mm 由P39页表3 9查得取l 45mm 因公称长度为45 120mm 注意 此处也可选用内六角圆柱头螺钉 公称长度确定与上述方法类似 但此时应查P42页表3 14得该型号螺钉标记为 螺钉GB T70M12 40 思考此处为何下面零件要加工成通孔内螺纹 这是因为由P51页表3 28可见钻孔余留长度应为拧入深度L l2 其中需要攻内螺经纹深度为l1 3 5mm 则L1 L l1 18 3 5 21 20mm 零件壁厚 所以此时下面零件必须加工为通孔结构且全部攻丝加工出内螺纹 最后的连接结构b 图5 1b也可采用内六角圆柱头螺钉结构 c同样道理上面零件需要加工沉头座且沉头座尺寸与垫圈规格与图5 1a完全一样 又由于下面零件结构不允许加工沉头座 所以为避免偏载必须采用螺钉结构 此处选用螺栓GB T5782M12 l 螺栓此种情况下可以代替螺钉 而且一般螺钉很少有M12规格的 此处螺栓的公称长度l待定 查该手册P52页表3 29知需要拧入深度 零件是铸铁 为L 18mm 于是公称长度l 3 1 2 20 18 39 1mm 由P39页表3 9查得取l 45mm 因公称长度为45 120mm 图5 1c也可采用内六角圆柱头螺钉结构 螺钉GB T70M12 40 5 2题图5 2为一刚性凸缘联轴器 凸缘间用铰制孔用螺栓联接 螺栓数目Z 6 螺杆无螺纹部分直径d0 17mm 材料为强度级别为8 8级 35号钢 两个半联轴器材料为铸铁 试计算联轴器能传递的转矩 若欲传递同样的转矩 而采用普通螺栓联接时 试确定螺栓直径 解 当采用受剪螺栓时 可忽略接合面上的摩擦力 由教材书上P71页公式5 35或 由于均布 直接得到每个螺栓所受的工作剪力为Fsmax T 6r 1 由剪切强度条件 由教材P66页表5 4 由教材P56页表5 1知屈服强度极限为 2 由挤压强度条件 由表P66页表5 4知 由表5 1对螺栓 由表5 1对被连接件 由手册P25页表2 3知 铸铁的最小抗拉强度为80MP 可见被连接件先被压溃 所以应取320MPa为允许许用挤压力 于是得到 手册P25页表2 3知 综合 1 和 2 得螺栓可承受的最大剪力为所以联轴器可承受的最大力矩为 若承受同样力矩 当采用普通螺栓时要求确定螺栓直径 由P70页公式 5 31 得预紧力应为 由P65页表5 3查得许用应力P70页表5 6查得 取 可是依题意 从结构上考虑不允许在此圆周上放置6个小径为70mm的螺栓 5 3一气缸和气缸盖的联接结构如题图5 3所示 已知气缸内压力在0 lMPa之间变化 螺栓间距离不得小于150mm 试确定螺栓数目及直径 解 依题意螺栓数zmax 6 由P64页表5 2查得 作用在单个螺栓上的轴向载荷为 由教材P65页表5 3 由P56表5 1 由P68页表5 5取 由P68页表5 5优先取第一系列M24螺栓 由清华手册由P35页表3 1查得螺栓可标记为 螺栓GB T5782M24 由下图知结构允许 由于是变载荷 需进行疲劳强度计算 由清华手册表3 1查得M24粗牙螺栓的小径d1 20 752mm 所以 由教材P65公式 5 26 由教材P65表 5 3 5 4题图5 4为一托架 20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上 用四个螺栓将托架联接在一钢制横梁上 试确定应采用哪种联接类型 并计算出螺栓直径 解 1 轴向载荷Q 20000N倾覆力矩M 0 3Q 6000Nm 2 计算受力最大螺栓承受的工作载荷FQ使每个螺栓所受工作载荷均 其值为F1 Q z 20000 4 5000N由于M的作用 右侧2个螺栓拉力增大 左侧2个螺栓拉力减小 其值为F2 Ml 4l2 6000 4 0 2275 6593 41N右侧二螺栓所受轴向拉力最大 均为F F1 F2 11593 41N 3 确定每个螺栓的预紧力F 根据教材P64页由于是静载紧固连接 要求剩余预紧力F 0 2 0 6 F 再由表5 2得 初取F 11000N 4 检查接合面上的挤压应力 左端边缘是否会被压溃 右端边缘是否会出现间隙 由F F M形成的挤压应力分布如图 接合面右端的挤压应力最小 为 所以需要加大预紧力 取F 20000N 接合面左端挤压应力最大 为 由表P72页表5 7 得 根据手册P26页表2 6 可见接合面不会被压坏 5 求螺栓直径 由书上P6