机械设计习题与参考答案

1、习题与参考答案 一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案） 1 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能 。 A. 好 B. 差 C. 相同 D. 不一定 2 用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹 。 A. 牙根强度高，自锁性能好 B. 传动效率高 C. 防振性能好 D. 自锁性能差 3 若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 。 A. 螺距和牙型角 B. 升角和头数 C. 导程和牙形斜角 D. 螺距和升角 4 对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用 。 A. 升角小，单线三角形螺纹 B. 升

2、角大，双线三角形螺纹 C. 升角小，单线梯形螺纹 D. 升角大，双线矩形螺纹 5 用于薄壁零件连接的螺纹，应采用 。 A. 三角形细牙螺纹 B. 梯形螺纹 C. 锯齿形螺纹 D. 多线的三角形粗牙螺纹 6 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓 。 A. 必受剪切力作用 B. 必受拉力作用 C. 同时受到剪切与拉伸 D. 既可能受剪切，也可能受挤压作用 7 计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的 倍。 A. 1.1 B. 1.3 C. 1.25 D. 0.3 8 采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时， 。 A. 螺栓的横截

3、面受剪切 B. 螺栓与螺栓孔配合面受挤压 C. 螺栓同时受剪切与挤压 D. 螺栓受拉伸与扭转作用 9 在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是 。 A. 单线矩形螺旋副 B. 单线梯形螺旋副 C. 双线矩形螺旋副 D. 双线梯形螺旋副 10 在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是 。 A. 提高强度 B. 提高刚度 C. 防松 D. 减小每圈螺纹牙上的受力 11 在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了 。 A. 受力均匀 B. 便于装配. C. 外形美观 D. 降低成本 1 12 螺栓的材料性能等级标成6.8级，其数字6

4、.8代表 。 A. 对螺栓材料的强度要求 B. 对螺栓的制造精度要求 C. 对螺栓材料的刚度要求 D. 对螺栓材料的耐腐蚀性要求 13 螺栓强度等级为6.8级，则螺栓材料的最小屈服极限近似为 。 A. 480 MPa B. 6 MPa C. 8 MPa D. 0. 8 MPa 14 不控制预紧力时，螺栓的安全系数选择与其直径有关，是因为 。 A. 直径小，易过载 B. 直径小，不易控制预紧力 C. 直径大，材料缺陷多 D. 直径大，安全 ?F31.?对工作时仅受预紧力F作用的紧螺栓连接，其强度校核公式为，式中15 e2?/4d1 。 的系数1.3是考虑 A. 可靠性系数 安全系数 B. C.

5、螺栓在拧紧时，同时受拉伸与扭转联合作用的影响 D. 过载系数 1.316 紧螺栓连接在按拉伸强度计算时，应将拉伸载荷增加到原来的倍，这是考虑的 影响。 扭转切应力作用 B. A. 螺纹的应力集中 载荷变化与冲击 D. C. 安全因素 ?FF 的单个紧螺栓连接，受到轴向工作载荷 作用后，螺栓受到的总拉力F 17 预紧力为 0 ?FF + 大于或等于 D. C. 小于 A. 大于 B. 等于 ，螺栓的危险截面积为A18 一紧螺栓连接的螺栓受到轴向变载荷作用，已知F=0，F=FCminmax 。螺栓的相对刚度为K，则该螺栓的应力幅为 C (1?K)FKFcc? B. A. aaAAccKF(1?K)

6、Fcc?C. D. aaA2A2cc19 在受轴向变载荷作用的紧螺栓连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是 。 A. 增大螺栓刚度C，减小被联接件刚度CB. 减小C，增大C m bb m C. 增大C和CD. 减小C和C m b b m 20 若要提高受轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，则可 。 A. 在被连接件间加橡胶垫片 B. 增大螺栓长度 C. 采用精制螺栓 D. 加防松装置 21 有一单个紧螺栓连接，要求被连接件接合面不分离，已知螺栓与被连接件的刚度相同，螺?FFF相等时，栓的预紧力为与预紧力，当对连接施加轴向载荷，使螺栓的轴向工作载荷则 。 2 A. 被连接件发生分离，连接失效

7、 B. 被连接件将发生分离，连接不可靠 C. 连接可靠，但不能再继续加载 ?F接近但小于预紧力可继续加载，直到轴向工作载荷FD. 连接可靠，只要螺栓强度足够，的两倍。 22 对于受轴向变载荷作用的紧螺栓连接，若轴向工作载荷F在01 000 N之间循环变化，则该连接螺栓所受拉应力的类型为 。 A. 非对称循环应力 B. 脉动循环变压力 C. 对称循环变应力 D. 非稳定循环变应力 23 对于紧螺栓连接，当螺栓的总拉力F和残余预紧力F不变，若将螺栓由实心变成空心，0?F会发生变化， 则螺栓的应力幅 与预紧力 。 a ?FF应适当增大 B. 增大， A. 增大， 应适当减小 aa?FF应适当增大 D

8、. 减小， C. 减小， 应适当减小 aa24 在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台，其目的是 。 A. 避免螺栓受附加弯曲应力作用 B. 便于安装 C. 为安置防松装置 D. 为避免螺栓受拉力过大 二、填空题 25 三角形螺纹的牙型角= ，适用于 ，而梯形螺纹的牙型角= ， 适用于 。 26 螺旋副的自锁条件是 。 27 常用螺纹的类型主要有 、 、 、 和 。 28 传动用螺纹（如梯形螺纹）的牙型斜角比连接用螺纹（如三角形螺纹）的牙型斜角小，这主要是为了 。 29 若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 和 。 30 螺纹连接的

9、拧紧力矩等于 和 之和。 31 螺纹连接防松的实质是 。 32 普通紧螺栓连接受横向载荷作用，则螺栓中受 应力和 应力作用。 33 被连接件受横向载荷作用时，若采用普通螺栓连接，则螺栓受 载荷作用，可能发 生的失效形式为 。 ?F，轴向工作载荷为F，螺栓的相对刚度为 有一单个紧螺栓连接，已知所受预紧力为C/34 b（C+C），则螺栓所受的总拉力F= ，而残余预紧力F= 。若螺栓的螺纹小径为0bm d，螺栓材料的许用拉伸应力为，则其危险剖面的拉伸强度条件式为 。 1 35 受轴向工作载荷F的紧螺栓连接，螺栓所受的总拉力F等于 和 之和。 0 36 对受轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，当预紧力F和轴

10、向工作载荷F一定时，为减小螺栓所受的总拉力F，通常采用的方法是减小 的刚度或增大 的刚度。 0 37 采用凸台或沉头座孔作为螺栓头或螺母的支承面是为了 。 3 在螺纹连接中采用悬置螺母或环槽螺母的目的是 。38 39 在螺栓连接中，当螺栓轴线与被连接件支承面不垂直时，螺栓中将产生附加 应力。 40 螺纹连接防松，按其防松原理可分为 防松、 防松和 防松。 三、问答题 41 常用螺纹按牙型分为哪几种?各有何特点?各适用于什么场合? 42 拧紧螺母与松退螺母时的螺纹副效率如何计算?哪些螺纹参数影响螺纹副的效率? 43 螺纹连接有哪些基本类型?各有何特点?各适用于什么场合? 44 为什么螺纹连接常需

11、要防松?按防松原理，螺纹连接的防松方法可分为哪几类?试举例说明。 45 螺栓组连接受力分析的目的是什么?在进行受力分析时，通常要做哪些假设条件? 46 有一刚性凸缘联轴器，用材料为Q235的普通螺栓连接以传递转矩T。现欲提高其传递的转矩，但限于结构不能增加螺栓的直径和数目，试提出三种能提高该联轴器传递转矩的方法。 47 提高螺栓连接强度的措施有哪些?这些措施中哪些主要是针对静强度?哪些主要是针对疲劳强度? 48 为了防止螺旋千斤顶发生失效，设计时应对螺杆和螺母进行哪些验算? 49 对于受轴向变载荷作用的螺栓，可以采取哪些措施来减小螺栓的应力幅? a50 为什么对于重要的螺栓连接要控制螺栓的预紧

12、力F?控制预紧力的方法有哪几种? 四、分析计算题 ?FF=1 000N有一受预紧力作用的紧螺栓连接，已知预紧力，和轴向工作载荷F=1 000 N51 螺栓的刚度C与被连接件的刚度C相等。试计算该螺栓所受的总拉力F和残余预紧力F。在预0mb?F不变的条件下，若保证被连接件间不出现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷F紧力为多少? max52 题4-52图所示为一圆盘锯，锯片直径D=500 mm，用螺母将其夹紧在压板中间。已知锯片外圆上的工作阻力Ft=400N，压板和锯片间的摩擦系数f=0.15，压板的平均直径D=150mm，可靠0性系数K=1.2，轴材料的许用拉伸应力=60MPa。试计算轴端所需的螺纹

13、直径。（提示：此题中有s两个接合面，压板的压紧力就是螺纹连接的预紧力。） 53 题4-53图所示为一支架与机座用4个普通螺栓连接，所受外载荷分别为横向载荷F= R5 000N，轴向载荷F=16 000N。已知螺栓的相对刚度C（/C+C）=0.25，接合面间摩擦系数，f=0.15，mbQb可靠性系数K=1.2，螺栓材料的机械性能级别为8.8级，最小屈服极限=640MPa，许用安全系mins数S=2，试计算该螺栓小径d的计算值。 1 题4-52图 题4-53图 4 ）的普通螺栓固=8.376 mm（d一牵曳钩用2个M1054 l图所示。已知接合面间摩擦系数4-54定于机体上，如题级，屈6.6=1.

14、2，螺栓材料强度级别为f=0.15，可靠性系数Ks。试计算该螺栓组连S=3=360MPa，许用安全系数服极限s F。接允许的最大牵引力 54题图 4题Rmax的铰制孔用螺栓连接，结构尺寸如图所示。个M10题4-55图所示为一凸缘联轴器，用655 ，许=92MPa=100MPa，螺栓材料的许用切应力两半联轴器材料为HT200，其许用挤压应力P1。试计算该螺栓组连接允许传递的最大转矩=120MPa=300MPa，许用拉伸应力用挤压应力P2的计算值（设两半联轴不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓小径dT。若传递的最大转矩Tlmaxmax 。），可靠性系数K=1.2器间的摩擦系数f=0.16s 图所示。

15、 有一提升装置如题4-5656 图题4-56 题4-55题图 ，螺D=150mm=6.647mm）的普通螺栓固连在蜗轮上，已知卷筒直径个M8（d（1）卷筒用61，螺栓材料的许K=1.2=180mm的圆周上，接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数D栓均布于直径s0 W。=120MPa，试求该螺栓组连接允许的最大提升载荷用拉伸应力max ），试确定螺栓直径。=6 000N，其他条件同（1（2）若已知Wmax 五、结构题 试画出普通螺栓连接结构图。57 ；15mm和20mm已知条件：（1）两被连接件是铸件，厚度各约为 普通螺栓；2）采用M12（ ）采用弹簧垫圈防松。（3 的比例画出。：1要求按1

16、试画出铰制孔用螺栓连接结构图。58 20mm的钢板；已知条件：（1）两被连接件是厚度约为 M10铰制孔用螺栓。（2）采用 出的1：1比例画。 按要求 例解螺栓=30mm的铸铁支架上，4一厚度=12mm的钢板用个螺栓固连在厚度 .1. 1 ）两种方案，如图所示。（）的布置有（a、b 5 已知：螺栓材料为Q235，=95MPa、=96 MPa，钢板=320 MPa，铸铁P=180 MPa，接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数K=1.2，载荷F=12000N，尺fP1寸l=400mm，a=100mm。 （1）试比较哪种螺栓布置方案合理？ （2）按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制

17、孔用螺栓连接时的累栓直径。 解题分析：本题是螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共同作用的典型例子。解题时，首先要将作用于钢板上的外载荷F向螺栓组连接的接合面形心简化，得出该螺栓组连接受横向载荷F和旋转力矩T两种简单载荷作用的结论。然后将这两种简单载荷分配给各个螺栓，找出受力最大的螺栓，并把该螺栓承受的横向载荷用矢量叠架原理求出合成载荷。在外载荷与螺栓数目一定的条件下，对不同的螺栓布置方案，受力最大的螺栓所承受的载荷是不同的，显然使受力最大的螺栓承受较小的载荷是比较合理的螺栓布置方案。若螺栓组采用铰制孔用螺栓连接，则靠螺栓光杆部分受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，其设计准则是保证螺栓的剪切强度和

18、连接的挤压强度，可按相应的强度条件式，计算受力最大螺栓危险剖面的直径。若螺栓组采用普通螺栓连接，则靠拧紧螺母使被连接件接合面间产生足够的摩擦力来传递横向载荷。在此情况下，应先按受力最大螺栓承受的横向载荷，求出螺栓所需的紧力；然后用只受预紧力作用的紧螺栓连 6 接，受拉强度条件式计算螺栓危险剖面的直径d；最后根据d查标准选取螺栓直径d，11并根据被连接件厚度、螺母及垫圈厚度确定螺栓的标准长度。 解题要点： 1螺栓组连接受力分析 （1）将载荷简化 F向螺栓组连接的接合面形心O点简化，得一横向载荷F=12000N和一旋将载荷6Nmm10（图解一）。转力矩T=Fl=12000400=4.8 （2）确定

19、各个螺栓所受的横向载荷 在横向力F作用下，各个螺栓所受的横向载荷F大小相同，与F同向。 s1F=F/4=12000/4=3000 N s1而在旋转力矩T作用下，由于各个螺栓中心至形心O点距离相等，所以各个螺栓所受的横向载荷F大小也相同，但方向各垂直螺栓中心与形心O的连线（图解二）。 S2对于方案（a），各螺栓中心至形心O点的距离为 7 2222 mmr?a1?a141100100?.?a610?4.8T 所以 N8487?F?a2s4141.r44?a所受横向1和2a由图解二（a）可知，螺栓1和2所受两力的夹角最小，故螺栓 载荷最大，即22?cos2FF?FF?F? asasmaxas2s11

20、2s22 N108208487?3000?cos45?3000?8487?2 对于方案（b），各螺栓中心至形心O点的距离为=100mm r=ab610?T4.8 所以 N12000?F?bs21004r4?b 所受横向载荷最大，即由图解二b可知，螺栓1N12000?15000?F?FF?3000 bsbsmax21s （3）两种方案比较F所受的总横向载荷2在螺栓布置方案（a）中，受力最大的螺栓1和；=10820NamaxsF。可以看出，=15000N1所受的总横向载荷b而在螺栓布置方案（）中，受力最大的螺栓bmaxsFF 11.98mms 2）校核配合面挤压强度： 按图解三所示的配合面尺寸，有

21、：螺栓光杆与钢板孔间10820F?sMPa320?104?MPa? PP813?dhs 螺栓光杆与铸铁支架孔间 10820F?s? 1P?30?d131s? =MPa?180.7MPa?271P 故配合面挤压强度足够。 （2）采用普通螺栓连接因为普通螺栓连接，是靠预紧螺栓在被连接件的接合面间产生的摩擦力来传递横向载 F。荷，因此首先要求出螺栓所需的预紧力?FFf?K 由，得sfFK108202?1.sf?86560?F?N 150f. ，即根据强度条件式可得螺栓小径d1?86560.3.?13F?4?14mm 84d.?38?1?95? =40.129mm38.8mm）。dGB196-81查，

22、取M45（1 ，许用挤压HT150有一轴承托架用2. 4个普通螺栓固连于钢立柱上，托架材料为，接合面间摩擦系数6.6=60MPa,力螺栓材料强度级别为级，许用安全系数S=3P 9 Cb，载荷F=6000N，螺栓相对刚度，尺寸如图所=1.2f=0.15，可靠性系数K2?0.fC?Cmb 示。试设计此螺栓组连接。 解题分析：本题是螺栓组连接受横向载荷、轴向载荷和倾覆力矩共同作用的典型例子解题时首先要将作用于托架上的载荷F分解成水平方向和铅垂方向的两个分力，并向螺栓组连接的接合面形心O点处简化，得出该螺栓组连接受横向载荷、轴向载荷和倾覆力矩三种简单载荷作用的结论。然后分析该螺栓组连接分别在这三种简单

23、载荷作用下可能发生的失效，即：在横向载荷的作用下，托架产生下滑；在轴向载荷和倾覆力矩的作用下，接合面上部发生分离；在倾覆力矩和轴向载荷的作用下，托架下部或立柱被压溃；受力最大的螺栓被拉断（或塑性变形）。由上述失效分析可知，为防止分离和下滑的发生，应保证有足够的预紧力；而为避免托架或立柱被压溃，又要求把预紧力控制在一定范围。因此，预紧力的确定不能仅考虑在横向载荷作用下接合面不产生相对滑移这一条件，还应考虑接合面上部不分离和托架下部或立柱不被压溃的条件。同时，要特别注意此时在接合面间产生足够大的摩擦力来平衡横向载荷的不是预紧力F，而是剩余预紧力F。螺栓所受的轴向工作载荷是由螺栓组连接所受的轴向载荷

24、和倾覆力矩来确定的。显然，对上边两个螺栓来说，由螺栓组连接所受的轴向载荷和倾覆力矩所产生的轴向工作载荷方向相同，矢量叠加后数值最在，是受力最大的螺栓。最后就以受力最大螺栓的轴向工作载荷和预紧力确定螺栓所受的总拉力F，根据螺栓的总拉力F00计算螺栓的直径尺寸，以满足螺栓的强度。 解题要点： 10 螺栓组受力分析1 的可分解为如图所示，载荷F5196?30?6000cosF?Fcos30 （铅垂向下） N横向载荷 y N（水平向右） 轴向载荷 3000?6000cos30?FFsin30?x O点处简化，得到倾覆力矩把、F向螺栓组连接的接合面形心Fyx 420?180?F?MF?yx610?2.7

25、22180?5196?420)?(3000?mm N F三种简单载荷的共、轴向载荷M和倾覆力矩显然，该螺栓组连接受横向载荷Fyx 同作用。FF每个螺栓受到）确定受力最大螺栓的轴向工作载荷作用下，（1。在轴向载荷xmax 的轴向工作载荷为3000FxN 750?F? P44作用下，上部螺栓进一步受到拉伸，每个螺栓受以的轴向工作载M而在倾覆力矩 荷为64210?2.72210?2320l?Ml?FN imaxm22104?1i?显然，上部螺栓受力最大，其轴向工作载荷为 F?F?F?750?3240?3990 N mmaxP（2）确定螺栓的预紧力F F作用时，其接。该螺栓组连接预紧后，受轴向载荷）由

26、托架不下滑条件计算预紧力F1x合面间压力剩余预紧力F，而受倾覆力矩M作用时，其接合面上部压紧力减小，下部压紧力增大，故M对接合面间压紧力的影响可以不考虑。因此，托架不下滑的条件式为 ?KF ?F4fyf?C?bF?1?F?FFF 而 ? pmC?C?mb 11 ?C?b 有 F?K1?4fFF? ? yfpC?C?mbKF?Cyf?b?1?FF? 所以 ? P4fC?C?mb将已知数值代入上式，可得 1.2?5196? N 10992?0F.?2)?750?(1? 4?0.152）由接合面不分离条件计算预紧力F ?CCFFMZ?bxb1?1?0 ? minpAC?CAC?CW?mbbm?CM1

27、?b1?FF?A 可得 ? xC?W2C?mb2；=61 600mm A=280（500-280）式中 A接合面面积，W接合面抗弯载面模量，即 3?2280280?500?6310618?9.?W?1? mm ? 6500?Z螺栓数目，Z=4。 其他参数同前。 将已知数值代入上式，可得 6?10?2.7221?3000?61600?.2)?F4087?(1?0 N ? 649.618?10?3）由托架下部不被压溃条件计算预紧力F（钢立柱抗挤压强度高于铸铁托架）。由 ?CCFFZM?bxb?1?1? ? PminPAC?CAC?CW?mbmb?CM1?b?F?1F?A?A 可得 ? PxW?ZC

28、C?mb?式中，=60MPa为托架材料的许用挤压应力，。 PP其他参数同前。 将已知数值入上式，可得 12 ?6?10?2.7221? 616003000?(1?0.2)F?60?61600? 6410?.6189?N =921 113 =11 000N。综合以上三方面计算，取F 计算螺栓的总拉力F20故螺栓的总拉力F作用的紧螺栓连接，这是受预紧力F作用后又受轴向工作载荷 为C?b11798?0.?FF2?1?3990F?11000N 0C?Cmb 确定螺栓直径3F34?1.0 ?d?1?S?/ 为螺栓材料的许用拉伸应力，由题给条件知。 式中=360/3=120MPas11798?1.3475

29、7.d?12mm 所以1?120? =13.855mm12.757mm）。M16查GB196-81，取（d1然后校核托架上部不分离和该题也可先按托架不下滑条件确定预紧力F，说明： 托架下部不压溃。 在有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，如图所示。已知气缸中的压力P3. 为保证气密性要=650mm。气缸内径D=500mm，螺栓分布圆直径D02MPa之间变化，0?为螺栓的（为螺栓的轴向工作载荷），螺栓间距求，剩余预紧力d（Fd.t?4FF?1.85?20?。选用铜皮石大径）。螺栓材料的许用拉伸应力MPa，许用应力幅=120MPaa8.0C/(CC?)? ，试设计此螺栓组连接。棉垫片，螺栓相对刚度

30、mbb螺栓所受载荷是解题分析：本题是典型的仅受轴向载荷作用的螺栓组连接。但是，变化的，因此应先按静强度计算螺栓直径，然后校核其疲劳强度。此外，为保证连接的气密性，不仅要保证足够大的剩余预紧力，而且要选择适当的螺栓数目，保证螺栓间间 距不致过大。 13 解题要点：Z 1初选螺栓数目因为螺栓分布圆直径较大，为保证螺栓间间距不致过大，所以应选用较多的螺栓， 初取Z=24。 计算螺栓的轴向工作载荷F2 ：1（）螺栓组连接的最大轴向载荷FQ22? 500?D510?p?2?3927. =FN Q44（2）螺栓的最大轴向工作载荷F： F610?3.927Q?=F N 16 362.5 Q24Z3计算螺栓的

31、总拉力F 0?F?1.8F?F?F?F2.8F?2.8?16 632.5 0 =45 815 N 4计算螺栓直径 4?1.3F4?1.3?458150mm=25.139mm ?d?1?120查GB196-81，取M30（d=26.211mm25.139mm）。 15校核螺栓疲劳强度 C2F2?16362.5?b20?MPa?.8?1213MPa?0 aa22?26.211C?Cd1mb故螺栓满足疲劳强度。 6校核螺栓间距 实际螺栓间距为 ?D?6500 mm13530?55d?4t?.?85?.1mm4.24Z故螺栓间距满足连接的气密性要求。 4. 起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓连接在一起，如

32、图所示。已知卷筒直径D=4000mm，螺栓分布圆直径D=500mm，接合面间摩擦系数f=0.12，可靠性系数K=1.2，s0?=100MPa=50000NF起重钢索拉力，螺栓材料的许用拉伸应力。试设计该螺栓组的Q 14 螺栓直径。由于本题是采用普通解题分析：本题是典型的仅受旋转力矩作用的螺栓组连接。 螺栓连接，是靠接合面间的摩擦力矩来平衡外载荷旋转力矩，因此本题的关键是计作用，故可按预紧力F算出螺栓所需要的预紧力F。而本题中的螺栓仅受预紧力F 来确定螺栓的直径。 解题要点： 计算旋转力矩T1400d7mm N 10?T?F50000?Q22 F2计算螺栓所需要的预紧力D?0 由 TD?ZfFs

33、2T2K?s?F 得 ZfD0 将已知数值代入上式，可得7T2K102?2?1.?smm N50 000 ?F?500?.ZfD8?0120 确定螺栓直径3?500003?4?14?13F.mm 768.?d?28?1?100? ）=31.670mm28.768mm。GB196-81，取M36（d查1（1）此题也可改为校核计算题，已知螺栓直径，校核其强度。其解题步骤仍讨论：?F.13?。然是需先求F ，然后验算ca2?d/41 15 。已知螺栓直径，计算该螺栓所能承受的）此题也可改为计算起重钢索拉力（2FQ，然后按接合面摩擦力矩与作用于螺栓组连接上的旋转力矩相平衡的条件，预紧力F 求出拉力F，

34、即由QdD?0 F?KZfFQs22?DZfF0 得 ?FQKDs 5. 下图所示两种夹紧螺栓连接，图a用一个螺栓连接，图b用两个螺栓连接。已知图a与图b中：载荷F=2 000N，轴径d=60mm，截获F至轴径中心距离L=200mm，QQ螺栓中心至轴径中心距离l=50mm。轴与毂配合面之间的摩擦系数f=0.5mm, 可靠性系?=100MPa。试确定图a和图bK数=1.2，螺栓材料的许用拉伸应力连接螺栓的直径d。 s 解题分析：（见图解）夹紧连接是借助地螺栓拧紧后，毂与轴之间产生的摩擦力矩来平衡外载荷F对轴中心产生的转矩，是螺栓组连接受旋转力矩作用的一种变异，连Q接螺栓仅受预紧力F的作用。因为螺

35、栓组连接后产生的摩擦力矩是由毂与轴之间的正压力F来计算，当然该正压力F的大小与螺栓预紧力F的大小有关，但若仍然按照NN一般情况来计算则会出现错误。在确定预紧力F与正压力F的关系时，对于图a可将N毂上K点处视为铰链，取一部分为分离体；而对于图b可取左半毂为分离体。F与FN之间的关系式确定后，再根据轴与毂之间不发生相对滑动的条件，确定出正压力F与N载荷F之间的关系式，将两式联立求解，便可计算出预紧力F之值，最后按螺栓连Q接的强度条件式，确定出所需连接螺栓的直径d。 16 解题要点： d1确定图a连接螺栓直径 （1）计算螺栓连接所需预紧力F 将毂上K点视为铰链，轴对毂的正压力为F，由正压力F产生的摩

36、擦力为F。fNNN K点取矩，则有取毂上一部分为分离体，对?dd? FF?l?N22? ?d? 所以 FF?N?d?2l ）（注意：此时作用于分离体上的力中没有外载荷FQ 而根据轴与毂之间不发生相对滑动的条件，则有?d L?K2fFFQNs2LKFQs?F 所以 ?dfLFKKFLdQQss?F? 从而有 ?)2l?2ld?dffd( 将已知数值代入上式，可得LKF1200?2000?.2Qs?FN =20 000 ?)50?60?(15?2f(ld)0.?2 d（2）确定连接螺栓的直径 作用，故其螺纹小径为该连接螺栓仅受预紧力F 17 ?2000.3?4.3F?14?1mm 195?18d?

37、.?1?100? 。d，取M24（=20.752mm18.195mm）查GB196-811 d2.确定图b连接螺栓直径 (1)计算螺栓连接所需预紧力F 。=F/2取左半毂为分离体, 显然, FN 而根据轴与毂之间不发生相对滑动的条件，则有?d LFfF2?KQsN2LFKQs?F 所以 N?dfLFKQs?F 从而有 ?df 将有关数值代入上式，可得LFK200?1.2?2000Qs?FN = 7?26666.?df602?0.15? d（2）确定连接螺栓的直径 的作用，故其螺纹小径为该连接螺栓仅受预紧力F?7.1?.3?266664?1.3F4mm 009.21?d?1?100? d。=26

38、.211mm21.009mm）查GB196-81，取M30（1则连接螺是按第一系列确定的；d若按第二系列，说明：这里查取的连接螺栓直径 。d栓的直径d为M27（=23.752mm）1，螺杆末端直径Tr286. 图示弓形夹钳用5螺杆夹紧工作，已知压力F=40 000N。f擦间摩系数=0.15工杆纹=20mmd，螺副和螺末端与件0 T）试计算拧紧力1（）试分析该螺纹副是否能自锁；（2矩。 解题要点： 如下：5Tr281（）GB 5796.1-86查得梯形螺纹的参数又知该。p=25.5mmd=28mm大径d；中径；螺距=5mm2角，=1n线即，单为纹螺线数所旋螺以升 18 51?np?6413?ar

39、ctan3.2571?arctan?3? 而当量摩擦角?5?25.d2f? arctanf?arctanvv?cos /2=15，所以得已知f= 0.15, =a15.0? 7?4?arctan93827?8.?8v?cos15? 显然，故该螺纹副能自锁。?v，又要克服螺杆末端与工件间T2（）因为控紧螺杆既要克服螺纹副间的摩擦力矩1 T= T+，故拧紧力矩的摩擦力矩TT221d?2)?TTtan(v12 5.25mm?40000?tan(3.N?)N?mm112112571?8.827?2 螺杆末端与工件间的摩擦相当于止推轴颈的摩擦，其摩擦力矩11mm Nmm=4000N20?fFd?0.?4

40、000015T?0233mm （=112 112+40000）Nmm=152 112 N+T故得 = T T21 向中央移近，B 图示为一螺旋拉紧装置，旋转中间零件，可使两端螺杆A和7. ，单线；其材）=13.385mm的螺纹为从而将被拉零件拉紧。已知：螺杆A和BM16（d1?。试计算允许施加于中间零件=0.15=80MPa料的许用拉伸应力；螺纹副间摩擦系数f ，并计算旋紧时螺旋的效率上的最大转矩T。max解题分析：由题给条件可知；旋转中间零件，可使两端螺杆受到拉伸；施加于中间所能承受的愈大，两端螺杆受到的轴向拉力而螺杆尺寸一定，F愈大；零件上的转矩T则受到强度条件的限制，因此，对该题求解时首

41、先应按强度条件式T最大轴向拉力maxF3.1 ?；然后T，计算出maxe2?4/1计算螺纹副间的摩擦力矩由Tmax最后求出允许旋转中间零件的T；1max 。T最大转矩max 19 解题要点： （1）计算螺杆所能承受的最大轴向拉力T max1.3F? 由 ? e2?/412?d?1 得 F 34?1.22?d.d?13835?1?80?=T N 由 9 251 =max 4?1.1.334?（2）计算螺纹副间的摩擦力矩T max由GB196-81查得M16螺纹的参数如下： 大径d=16mm; 中径d=14.701mm; 螺距p=2mm; 单线，即线数n=1。所以螺旋升2角 np1?2?78448

42、0?arctan?2?2?arctan?2. ?14d.7012而当量摩擦角 f?arctan?arctanf? vv?cos/2=30, 所以得= 已知 f=0.15, 0.15? 所以 ?35?49arctan?9.826?9 v?30cos螺纹副间的最大摩擦力矩 d?2= T)tan(?T1max vmax2701.14mm N?9251?tan(2.480?9.826?)? 2=14 834 Nmm （3）计算允许施加于中间零件上的最大转矩T max因为施加地中间零件上的转矩要克服螺杆A和B的两种螺纹副间摩擦力矩，故有 T=2 T= 214 834=29 668 Nmm 1maxmax

43、? ）计算旋紧时螺旋的效率（4?，而此时螺杆A和B2T因为旋紧中间零件转一周，做输入功为各移动1个导max 20 ，故此时螺旋的效率为，做有用功为程mm=2mm2Fl2?1l?npmaxl2F2?9251?2?max%.?9.199?19?0 ?2T296882?max?tan2.tan480?%19.9?0.199? 或按公式 ?)?9.tan(?826)tan(2.480?v 8. 有一升降装置如图所示，螺旋副采用梯形螺纹，大径d=50mm; 中径d=46mm; 2螺距p=8mm; 线数n=4，去承面采用推力球轴承。升降台的上下移动处采用导滚轮，它们的摩擦阴力忽略不计。设承受截F=50 Q

44、 000N，试计算： ?，已知螺）升降台稳定上升时的效率旋（1 。副间摩擦系数f=0.1 ）稳定上升时施加于螺杆上的力矩。（2螺杆3）若升降台以640mm/min上升，则（ 所需的转速和功率。下F作用下等速（4）欲使升降台在截获Q杆上降，是否需要制动装置？若需要，则加于螺 的制动力矩是多少？ 解题要点：? （1）计算升降台稳定上升时的效率 该螺纹的螺旋升角为np4?8?arctan?12.480?arctan ?46d2而螺旋副的当量摩擦角为 0.1f?arctan?arctanf? ?911?5.?arctanvv?coscos15? 故得效率?tan12.tan480?66.58% ?)t

45、an(12.480?tan(?5.911?)v 21 （2）计算稳定上升时施加地螺杆上的力矩T d?2 =FT)?tan(Q v246?).911?.486?5?50000?TAN(12 2mmN?382487（3）计算螺杆所需转速n和功率p 按题给条件，螺杆转一周，升降台上升一个导程L=np=48=32 mm，故若升降台以640mm/min的速度上升，则螺杆所需转速为 n=（64032）=20 r/min 计算螺杆所需功率P，有如下三种方法： ?及圆周力F确定螺杆所需功率P1）第一种计算方法：按螺杆线速度。曲 t1?46?20dn?2 m/s 04820?. 11000?60?100060?

46、)?50000?tan(12.486?5.911FF?tan(?)?16630 N 及 vtQ?16630?0F.04821t 可得 P?0.801kW 10001000 、转速n之间的关系式，可得）第二种计算方法：按同一轴上功率2P与转矩TT20382487?n kW8?P?0. 66109.55?10559.?=640mm/mi上升时所需功率来确定螺杆）第三种计算方法：按升降台以速度 32所需功率P，即 ?F2Q?P ?1000640? m/s 而 01070?.? 260?1000?F0107.50000?02Q?8P?0?. 故得kW ?1000.6658?10000（4）判断是否需要

47、制动装置，计算制动力矩T。 ?911?5.12?.486?,?螺旋副不自锁，故欲使升降台在载荷而，可知F作Qvv用下等速下降，则必须有制动装置。施加于螺杆上的制动力矩为 d46?2 ?)5486?.911.tan(50000tan(FT?)?12 vQ22=132 551 Nmm 22 9. 试找出图中螺纹连接结构中的错误，说明原因，并绘图改正。已知被连接件材料均为Q235，连接件为标准件。（a）普通螺栓连接；（b）螺钉连接；（c）双头螺栓连接；（d）紧定螺钉连接。 解题要点： （1）普通螺栓连接（图a） 主要错误有： 1）螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装； 2）普通螺栓连接的被联接

48、件孔要大于螺栓大径，而下部被连接件孔与螺栓杆间无间隙； 3）被连接件表面没加工，应做出沉头座并刮平，以保证螺栓头及螺母支承面平整且垂直于螺栓轴线，避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力； 4）一般连接；不应采用扁螺母； 5）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对； 6）螺栓长度不标准，应取标准长l=60mm； 7）螺栓中螺纹部分长度短了，应取长30mm。 改正后的结构见图解a。 23 b）（2）螺钉连接（图 主要错误有：而另一被连接件上被连接件之一应有大于螺栓大径的光孔，采用螺钉连接时 ，）1应有与螺钉相旋合的螺纹孔。而图中上边被连接件没有做成大地螺栓大径的光孔，下喧 被连接件的螺纹孔又过大，与螺钉尺寸

49、不符，而且螺纹画法不对，小径不应为细实践； ）若上边被连接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没有加工。2 。改正后的结构见图解b ）。（3）双头螺柱连接（图c 主要错误有： 不能标注在光杆部分；）双头螺柱的光杆部分不能拧进被连接件的螺纹孔内，M121 120，而且应从螺纹孔的小径（粗实线）处画锥孔角的两边；）锥孔角度应为2 ）若上边被连接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没加工；3 ）弹簧垫圈厚度尺寸不对。4 。改正后的结构见图解c 24 （4）紧定螺钉连接（图d）。 主要错误有： 1）轮毂上没有做出M6的螺纹孔； 2）轴上未加工螺纹孔，螺钉拧不进去，即使有螺纹孔，螺钉能拧入，也需作局部剖视才能表达清楚。 改正后的结构见图解d。 六、习题参考答案 1. 单项选择题 1 A 2 A 3 B 4 A 5 A 6 D 7