机械设计作业第5答案

1、第五章螺纹联接和螺旋传动一、选择题5 1螺纹升角书增大，则联接的自锁性 C ，传动的效率 A ;牙型角 增大, 则联接的自锁性 A ，传动的效率 CA提高B、不变C降低52在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是D 。A三角形螺纹B梯形螺纹C、锯齿形螺纹D、矩形螺纹53当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔,A 。且需要经常装拆时，往往采用A双头螺柱联接B 、螺栓联接C联接54螺纹联接防松的根本问题在于 A增加螺纹联接的轴向力 C防止螺纹副的相对转动55对顶螺母为 A防松，开口销为 A摩擦B、机械56在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为 A间隙配合B、过渡配合C过盈配合57在承受横向工作载荷

2、或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆 A受剪切应力B、受拉应力D既可能只受切应力又可能只受拉应力58受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，依靠 A接合面间的摩擦力B、螺栓的剪切和挤压C螺栓的剪切和被联接件的挤压59受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中， 螺栓所受的载荷为 L;受横向工 作载荷的铰制孔螺栓联接中，螺栓所受的载荷为A ;受轴向工作载荷的普通松螺栓联接中，螺栓所受的载荷是 _A_ ;受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接中，螺栓所 受的载荷是 D。A工作载荷 预紧力D工作载荷+残余预紧力E残余预紧力510受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度 G相等，联接的预紧力为Fo,要求受载后接合面不分

3、离，当工作载荷 时，则 D 。联接件分离，联接失效可靠0B、D、螺钉联接 D 、紧定螺钉增加螺纹联接的横向力 增加螺纹联接的刚度B防松，串联钢丝为 B防松。C、不可拆B 。C作用。C受扭转切应力和拉应力A来承载。B、预紧力C工作载荷+Cb与被联接件的刚度F等于预紧力FoB被联接件即将分离，联接不联接可靠，但不能再继续加载联接可靠，只要螺栓强度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两511重要的螺栓联接直径不宜小于 M12这是因为A要求精度高B、减少应力集中 C防止拧紧时过载拧断便于装配精选512紧螺栓联接强度计算时将螺栓所受的轴向拉力乘以1.3，是由于 D 0A安全可靠B保证足够的预紧力C防止

4、松脱 D计入扭转剪应力513对于工作载荷是轴向变载荷的重要联接，螺栓所受总拉力在Fo与F2之间变化，则螺栓的应力变化规律按C 0A r =常数B、 m=常数C min =常数514对承受轴向变载荷的普通紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高 螺栓疲劳强度的有效措施是B 0B、减小C b,增大CA增大螺栓的刚度Cb,减小被联接件的刚度 C mC减小C b和CmD增大Cb和Cm515有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在02Mia之间变化，则螺栓中的应力变化规律为C 0A、对称循环 定循环516当螺栓的最大总拉力F2和残余预紧力 则螺栓的应力幅a与预紧力F0为 D 0A a增大，预紧力F0应适

5、当减小C a减小，预紧力F0应适当减小517螺栓联接螺纹牙间载荷分配不均是由于A螺母太厚B、应力集中D螺母和螺栓变形性质不同B、脉动循环非对称循环D非稳Fi不变,只将螺栓由实心变成空心,增大，预紧力Fo应适当增大 减小，预紧力Fo应适当增大B、DD 0C螺母和螺栓变形大小不同D、0.8 MPa A 。0C便于加工和安装B、D0螺母的螺纹圈被剪断 螺纹工作面被磨损二、填空题522三角形螺纹的牙型角 角=30，适用于传动523普通螺纹的公称直径指的是螺纹的大径，计算螺纹的摩擦力矩时使用的是螺纹的中 径，计算螺纹的危险截面时使用的是螺纹的小径。524常用螺纹的类型主要有普通螺纹、米制锥螺纹60，适用

6、于 联接；而梯形螺纹的牙型管螺纹5 18螺栓的材料性能等级为6.8级，则螺栓材料的最小屈服极限近似为A 0A 480MPIB、6 MPaC 8 MPa519采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支承面，是为了A避免螺栓受弯曲应力B、便于放置垫圈C、减小预紧力D、减小挤压应力520设计螺栓组联接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但该组螺栓仍采用 相同的规格（材料、直径和长度均相同），这主要是为了CA外形美观B、购买方便受力均匀521传动螺旋工作时，其最主要的失效形式为 A螺杆的螺纹圈被剪断C螺纹工作面被压碎形螺纹、矩形螺纹、和锯齿形螺纹。525联接螺纹必须满足锁条件，传动用螺纹的牙型斜角比联接用螺纹

7、的牙 型斜角小，这主要是为了减小当量摩擦系数，提高传动效率。526若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数已定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹 的 螺纹升角书 和牙型斜角 （牙侧角）。527螺纹联接的拧紧力矩等于 螺纹副间的摩擦阻力矩 Ti和 螺母环形端面与 被联接件（或垫圈）支承面间的摩擦阻力矩 T2之和。528螺纹联接防松的实质在于防止螺纹副在受载时发生相对转动。529在螺栓联接的破坏形式中，约有_90_ %的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常 发生在螺纹根部。拉应力和扭切应力530普通紧螺栓联接，受横向载荷作用。则螺栓中受 作用。531普通螺栓联接承受横向工作载荷时，依靠接合面间的摩擦力 承载，螺栓本身受

8、预紧（拉伸、扭转）力作用,则联接可能的失效形式为接合面间的滑移、螺栓被拉断： 铰制孔用螺栓联接承受横向工作载荷时，依靠铰制孔用螺栓抗剪切 承载，螺栓本螺杆被剪断和螺杆与孔身受剪切 和挤压力作用,则联接可能的失效形式为 壁接触面被压溃（碎）。532有一单个紧螺栓联接，已知预紧力为 Fo,轴向工作载荷为F,螺栓的相对 刚度为Cb/ （Cb+Cm ）,则螺栓所受的总拉力 F2 = Fo+FC/ （Cb+G ），而残余预紧力 Fi = Fo-FC/ （Q+Cm）。若螺栓的螺纹小径为di，螺栓材料的许用拉伸应力为,则其危险截面的拉伸强度条件式为4 1.3F2dr。533受轴向工作载荷作用的紧螺栓联接，当

9、预紧力为 Fo和工作载荷F 定时， 为减小螺栓所受的总拉力F2,通常采用的方法是减小 螺栓 的刚度或增大 被联接 件 的刚度：当工作载荷F和残余预紧力Fi一定时，提高螺栓的疲劳强度，可以减小 螺栓的刚度或增大 被联接件的刚度 。534螺栓联接中，当螺栓轴线与被联接件支承面不垂直时，螺栓中将产生附加 弯曲应力。避免螺栓受附加535采用凸台或沉头座孔作为螺栓头或螺母的支承面是为了 弯曲应力 。536螺纹联接防松，按其防松原理可分为 摩擦防松、机械防松和其它 （破坏螺纹副的关系）防松。求出螺栓组中受力最大的螺栓及其537进行螺栓组联接受力分析的目的是 所受的力，以便进行强度计算。538螺栓组联接结构

10、设计的目的是 合理的确定联接结合面的几何形状和螺栓 的布置形式，力求每个螺栓和联接结合面间受力均匀，便于加工和装配：应考虑的主要问题有联接结合面设计成轴对称的简单几何形状；螺栓的布置应使各螺栓的受力合理：螺栓的排列应有合理的间距、边距：分部在同一圆周上螺栓数目 应取成4、6、8等偶数 。539螺栓联接件的制造精度共分为 A、B C三个精度等级，其中B级多用于二 载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的联接。三、分析与思考题540常用螺纹有哪几种类型？各用于什么场合？对联接螺纹和传动螺纹的要求 有何不同？答：常用螺纹的类型和应用参看教科书 Ro表510: 对联接螺纹的要求：联接可靠，当量摩擦系数大，

11、自锁性能好。 对传动螺纹的要求：当量摩擦系数系数小，传动效率高。541在螺栓联接中，不同的载荷类型要求不同的螺纹余留长度，这是为什么?答：螺纹的余留长度越长，则螺栓杆的刚度 Cb越低，这对提高螺栓联接的疲劳强 度有利。因此，承受变载荷和冲击载荷的螺栓联接，要求有较长的余留长度。542联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置？试各举出两 个机械防松和摩擦防松的例子。答：在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬间消失， 这种现象多次重复后，就会使联接松脱。在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹 联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐

12、减小，最终导致联接失效。因此螺纹联接需要防松。例：开口销与六角开槽螺母、止动垫圈为机械防松； 对顶螺母、弹簧垫圈为摩擦防松。543普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式各是什么？计算准则各 是什么？答：普通螺栓联接（受横向载荷）的主要失效形式：接合面滑移 螺栓杆被拉断KsF1 3F螺杆的拉伸强度一0计算准则：Fo承载条件if铰制孔用螺栓联接的主要失效形式: 溃（碎）计算准则：螺杆的剪切强度螺杆被剪断螺杆与孔壁接触面被压F螺杆与孔壁接触面的挤压强度丁厂d0LmiiPmin544计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑 螺栓头、螺母和螺纹牙的强度？答：螺栓头、螺母和螺

13、纹牙的结构尺寸是根据与螺杆的等强度条件及使用经验规 定的，实践中很少发生失效，因此，通常不需进行其强度计算。Fo的拉545松螺栓联接和紧螺栓联接的区别是什么？在计算中如何考虑这些区别？ 答：松螺栓联接，装配时螺母不需要拧紧。在承受载荷之前，螺栓不受力。 紧螺栓联接，装配时螺母需要拧紧。在拧紧力矩作用下，螺栓除受预紧力伸而产生的拉应力外还受摩擦力矩 Ti的扭转而产生的扭切应力，使螺栓处于拉伸与扭 转的复合应力状态。强度计算时，松螺栓联接只考虑工作载荷即可。紧螺栓联接应综合考虑拉应力和扭切应力的作用，计入扭切应力的影响，即螺栓 所受的轴向拉力乘以1.3 。546普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或

14、横向工作载荷为脉动循环时，螺 栓上的总载荷各是什么循环？答：普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷为F Fo CF，即同方向（不变号）的非对称循环变载荷，0Vrv 1;所受到的横Cb Cmr=1 。向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷为预紧力，即大小不变的静载荷，547螺栓的为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少？性能等级数字代 号的含义是什么？答：与之相配的螺母的性能等级应为8级或9级（d 1639mm。性能等级8.8，表示小数点前的数字8代表材料的抗拉强度极限的1/100（ B /100， b=8X 100 MP a）,小数点后的数字8代表材料的屈服极限（S

15、）与抗拉强度极限（B）之比值（屈强比）的 10 倍（10 s/ B,S=8 10=640 MPa）。548在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓的直径有关？试说明其原 因。答：在不控制预紧力的情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓的直径有关，直 径越小，则安全系数取得越大。因为扳手的长度随螺栓直径的减小而线性减短，而螺 栓的承载能力随螺栓直径的减小而平方性降低。因此，螺栓直径越细越易过拧紧，造 成螺栓过载断裂。所以小直径的螺栓应取较大的安全系数。549图示螺栓联接结构中，进行预紧力计算时，螺栓的数目z、接合面的数目i 应取多少？答：螺栓的数目z=4变形接合面的数目i=2题5 49图550试用

16、受力变形线图分析说明螺栓联接所受轴向工作载荷F,当预紧力Fo一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的静强度和联接的紧密性有何影响？答：如图示，减小螺栓刚度（）或增大被联接件的冈小度（），螺栓的总拉力F2减小，螺栓联接的静强度提高；残余预紧力 Fi减小，联接的紧密性下降。增大螺 栓刚度或减小被联接件的刚度则相反。551紧螺栓联接所受轴向变载荷在 0F间变化，在保证螺栓联接紧密性要求和 静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度，应如何改变螺栓或被联接件的刚 度及预紧力的大小？试通过受力变形线图来说明。变形a）改变螺栓的刚度F0F0F2F10b变形b）改变被联接件的刚度0m题551图答：在

17、总拉力F2、残余预紧力a）如图示，减小螺栓的刚度（ 的疲劳强度。b）如图示，增大被联接件的刚度（ 联接的疲劳强度。Fi不变时,），增大预紧力Fo,可减小 F,提高螺栓联接），增大预紧力Fo,可减小 F,提高螺栓552为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10?通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹 牙的载荷分布趋于均匀？答：当联接受载时，螺栓受拉伸，外螺纹的螺距增大；而螺母受压缩，内螺纹的 螺距减小。螺距的变化差以旋合的第一圈处为最大，以后各圈递减。旋合螺纹的载荷 分布为：第一圈上约为总载荷的1/3，以后各圈递减，第810圈以后的螺纹牙几乎 不受力。螺母的螺纹圈数过多也不能提高承载能力。为了使各圈螺纹牙的载荷

18、趋于均匀， 可采用下述方法：悬置螺母；内斜螺母; 环槽螺母。di24553受倾覆力矩的螺栓组联接应满足哪些不失效条件? 答：螺杆不被拉断；1.3 F2结合面受压最大处不被压溃（碎）Pmax结合面受压最小处不离缝。P minZF。（即螺杆直径及螺母高度）554滑动螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸 通常是根据什么条件确定的？答：滑动螺旋的主要失效形式是螺纹面的磨损。 其基本尺寸（即螺杆直径及螺母高度）通常是根据耐磨性条件确定的。四、设计计算题F maxo555 一牵曳钩用2个M10（d1=8. 376mm的普通螺栓固定于机体上。已知接合面 间摩擦系数f =0.15，防滑系数Ks=1.2，螺栓材

19、料强度级别为4.6级，装配时控制预 紧力。试计算该螺栓组联接允许的最大牵曳力牵曳力解：s=240MPa查表 510, S=1.21.52401.2 1.5200160M Pa由强度条件:1.3F0由承载条件:F0F04d21.3 4KsFfzF 0 fz3.14 8.37621.3 4(200 160)8472.85 - 6778.28 N(8472.85- 6778.28) 0.15 21.2KsF max 2118.21 - 1694.57N2118.21 - 1694.57 NF2556有一受预紧力F0=1000N和轴向工作载荷F=1000N作用的普通紧螺栓联接, 已知螺栓的刚度C b与

20、被联接件的刚度 Cm相等。试计算该螺栓联接所受的总拉力 和残余预紧力错误！链接无效。在预紧力F0不变的条件下，若保证被联接件不出现缝 隙，该螺栓的最大轴向工作载荷 Fmax为多少？解：总拉力F2Fo残余预紧力FiF0C FCbCmCmFCb Cm10001000121210001500N1000 500N被联接件不离缝时的Fmax : F1 F。Cm亠亠Fmax0Cb CmFF Cb CmF maxF0二Cm1000 22000N557如图所示，一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓联接。已知气缸中的压力P在02Mia之间变化，气缸内径D=500mm螺栓分布直径D0=650mm为保证气密性要 求，残余

21、预紧力F 1=1.8 F，螺栓间距t 22X 2+m+S=44+18+5=67 取 I =7080mm 螺栓标记：螺栓 GB5788 86 M20 X 70(或80)若按控制预紧力，取 =1.21.5,6 0533.33426.67MPaS 1.21.5d14 1.3Fo4 1.3 1938462V (53333 426.67) 8.376mm 7.7586mm精选10.106mm 8.674mm取M10, d1取M12, d1标记：螺栓 GB5882 86 M10 70(或80)7.7586 8.674mm559如图所示，为一支架与机座用4个普通螺栓联接，所受外载荷分别为横向 载荷Fr=50

22、00N轴向载荷Fcf16000N。已知螺栓的相对刚度 C (Cb+G)=0.25，接合面 间摩擦系数f=0.15 ,Ks=1.2,螺栓的性能等级为F 0o8.8级，试确定螺栓的直径及预紧力解：s=640MP查表5 10，按不控制预紧力，设d=16mn取S=4= s /S=640/4=160MPa(按控制预紧力取S=1.21.5=s/S=640/1.21.5=533.33426.67 MPa)FrFq单个螺栓的轴向工作载荷FF 乞型004000NZ 4题5 59图在横向载荷Fr作用下，支架不下滑的条件:fF1ZKsFKsFrR残余预紧力F1专12普10000N精选单个螺栓所受的总拉力F2F2 F

23、1 F 10000400014000N确定螺栓的直径di卜丄些J4 :：4000 12.04mm(控制预紧力时5937.371讪取 M16 di=13.835mm12.04mm 与假设相符。（控制预紧力时，取 M8 di=6.647mm6.593mn或 MIQ di=8.376mm7.371 mmC预紧力 Fo F1 （1b一）F 10000 （1-0.25） 4000 13000NCb Cm5 60如图所示，方形盖板用四个螺钉与箱体联接，盖板中心0点的吊环受拉力F=10kN,要求残余预紧力为工作拉力的 0.6倍，螺钉的许用拉应力=120MPa。(1) 求螺钉的总拉力F2。_(2) 如因制造误

24、差，吊环由O点移到O点OO 572mm，求受力最大螺钉的总 拉力F2n及螺钉的直径。解：（1）螺钉的总拉力F2F10（0.6 1） 4kNZ4F2Fi(2)受力最大螺钉的总拉力F max 因制造误差，吊环移位产生的力矩M 10 5 丘 50J2Nm*0*F 0/ 、200题5 60图在M作用下，左下角螺栓受加载作用，受到的载荷:L M50 血 103 CL “FmJ 250N2r 2 100 J2受力最大螺钉所受的工作载荷FmaxFmax Fm F 250 呼0 2750NZ4精选题561图受力最大螺钉所受的总拉力F2max(0.6 1) Fmax1.6 27504400N螺钉的直径120d1

25、j4 1.3F2maxJ4 1.3 44007.792mmVH取 M1Q di=8.376mm7.792mm561如图所示，有两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架。两块边板各用4个螺栓与立柱（工字钢）相联接，托架所承受的最大载荷为20000 N，问：（1）此联接采用普通螺栓还是铰制孔用螺栓为宜？（2）若用铰制孔用螺栓，已知螺栓材料为 45号钢性能等级为6.8级，试确定螺栓的直 径。解：每一边的载荷为10000 N（1）因载荷较大，若采用普通螺栓，则需要的预紧力很大，立柱螺栓的直径很大。所以此联接采用铰制孔用螺栓为宜。（2）s=480Mia查表5101s /S p=480/1.25=38

26、4M钢：S=2.5 S P=1.25 = s/ S =480/2.5=192 MPap=将力F向形心简化F=10000NT=F L=10000X 300=3X 106NmmF作用在每个螺栓中心处的横向力为 FfL F 10000“cFf 2500NZ 4T作用在每个螺栓中心处的横向力为Ft3 106 =7071.07N4 75血FtTr maxz2rii 1zr由图可知，右边两个螺栓受力最大Fmax JfF2_fT2 2FfFtCOs135 9013.88N按剪切强度计算直径,查表510钢：S=2.5 Ss=480MPFt FfFmaxP=1.25 =s/ S =480/2.5=192 MPa

27、 p=s /S P=480/1.25=384MPamaxF maxZdJ4doj4Fmax4 9013.887.7334mm192取 M8 do=9mm7.7335mm按挤压强度计算F max d 0 L min只要 L minF maxd 0 P902.6mm9 384即满足强度要求。562铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm a=60mm试求螺栓组联接的三种方案中，受力最大的螺栓所受的力各为多少？那个方案较好？1 2 30123方案一方案二题5 62图解：将力F向形心简化： 方案一：横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为Ff横向载荷F旋转力矩Ff方案三T=F L=300

28、FZ 3T在每个螺栓中心处的横向力为T 300F2a 2 60F T1、3Tr maxz2rii 1如图示可知，螺栓Ft2.5FFf Ft方案二：横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为FfZ 3T在每个螺栓中心处的横向力为厂TrmaxT卜T1、3二Trii 1Ft300F2 602.5FFt 2017F6FfF T2图示知螺栓1、3受力最大max25F11213TFfFf2.83F2.52F1|FfFfFmax2方案三：横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为FfFfFtIFmaxZ 3T在每个螺栓中心处的横向力为Ft匚Tr maxT300 FT123z 23a3 60rii 15F3精选螺栓2受力最大Fmax Jf； Ft2 FfFt cos150 1.96F由上述计算可知，方案三螺栓的 Fmax较小，所以该方案较好。563如图所示，支座用4个普通螺栓固定在基座上，结构尺寸如图示，静载荷 F=6KN接合面间摩擦系数f=0.6，Ks=1.2,螺栓的性能等级为6.8级；已知螺栓的 相对刚度Cb/ ( Cb+C)=0.2。试计算此联接所需的螺栓直径和每个螺栓的预紧力。解：s=480Mia查表510按不控制预紧力，设d=12mn取S=4.4 查表57设基座为混凝土(或其他材料)p=1、螺栓受力分析将F向