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51螺纹升角书增大，则联接的自锁性_J，传动的效率_匚;牙型角：增大， 则联接的自锁性_A_，传动的效率_C_。A、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、亦齿形螺纹D、矩形螺纹53当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常装拆时，往往采用 A 。A、双头螺柱联接 B、螺栓联接C 、螺钉联接D 、紧定螺钉联接54螺纹联接防松的根本问题在于_ C_。A、增加螺纹联接的轴向力B、增加螺纹联接的横向力C防止螺纹副的相对转动D、增加螺纹联接的刚度55对顶螺母为A _防松，开口销为B_防松，串联钢丝为

2、B _防松。A、摩擦B、机械C、不可拆56在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为 _B_。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或旋转力矩的普通紧螺栓联接中，螺栓杆_C_作用。A、受剪切应力B、受拉应力C受扭转切应力和拉应力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_来承载。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 B _；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

3、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B、预紧力C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 Cb与被联接件的刚度 G相等，联接的预紧力为F。，要求受载后接合面不分离，当工作载荷 F等于预紧力Fo时，则DA。联接件分离，联接失效B被联接件即将分离，联接不可靠C联接可靠，但不能再继续加载D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倍511重要的螺栓联接直径不宜小于 M12这是因为 C。A、要求精度高B、减少应力集中C防止拧紧时过载拧断D便于装配512紧螺栓联接强度计算时将螺栓所受的轴向

4、拉力乘以1.3，是由于_二。A、安全可靠B保证足够的预紧力C防止松脱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_。A r =常数B、CTm=常数C CTmin二常数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_。A增大螺栓的刚度C b，减小被联接件的刚度C m B、减小C b,增大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_。A、对称循环 定循环516当螺栓的最大总拉力

5、F2和残余预紧力 则螺栓的应力幅Ca与预紧力F。为_D_。A 0增大，预紧力F0应适当减小C匚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C、非对称循环D非稳F1不变，只将螺栓由实心变成空心,B、二增大，预紧力Fo应适当增大D匚a减小，预紧力Fo应适当增大。C螺母和螺栓变形大小不同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D、0.8 MPa A 。D、减A_。A 480MP!B、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

6、垫圈C、减小预紧力小挤压应力相同的规格（材料、直径和长度均相同），这主 A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 为了 _ J。C便于加工和安装_L。B、D、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：=60 _，适用于联接而梯形螺纹的牙型 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

7、螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯 形螺纹_、_矩形螺纹、和锯齿形螺纹_。525联接螺纹必须满足自锁条件，传动用螺纹的牙型斜角比联接用螺纹的牙 型斜角_小_，这主要是为了 _减小当量摩擦系数，提高传动效率_ 05-26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1 （牙侧角）_05-27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 _。5-29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

8、发生在_螺纹根部_ 0530普通紧螺栓联接，受横向载荷作用。则螺栓中受 _拉_应力和扭切应力 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 身受剪切_和_挤压力作用，则联接可能的失效形式为螺杆被剪断 和螺杆与孔 壁接触面被压溃（碎）_0532有一单个紧螺栓联接，已知预紧力为 F。，轴向工作载荷为F,螺栓的相对 刚度为Cb/ （G+G ），则螺栓所受的总拉力 F2 = _Fo+FG/ （Cb+Cm ） _,而残

9、余预紧力 Fi = _F-FG/ （Cb+Cm） _。若螺栓的螺纹小径为di，螺栓材料的许用拉伸应力为叮， 则其危险截面的拉伸强度条件式为=4 1.产2 .兀di533受轴向工作载荷作用的紧螺栓联接，当预紧力为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。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 避免螺栓受附加 弯曲应力_0536螺纹联接防

10、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。537进行螺栓组联接受力分析的目的是求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行强度计算 _ 0538螺栓组联接结构设计的目的是 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级多用于受 载较大且经常装拆、调整或承受变载荷的联接

11、。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 P6o表51。： 对联接螺纹的要求：联接可靠，当量摩擦系数大，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

12、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计算准则：3F承载条件Fo_KsL螺杆的拉伸强度一2ifd；4铰制孔用螺栓联接的主要失效形式：螺杆被剪断螺杆与孔壁接触面被压溃（碎）计

13、算准则：F | f螺杆的剪切强度二2岂!“螺杆与孔壁接触面的挤压强度TTP1ded0 Lmin4544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。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 Fo的拉 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

14、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 F，即同方向（不变号）的非对称循环变载荷，0v rv 1;所受到的横Cb +Cm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，r=1。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

15、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（/100，cb=8X 100MPa）,小数点后的数字8代表材料的屈服极限（门）与抗拉强度极限G-B）之比值（屈强比）的 10 倍（10crs/ ctb, js=8ob/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

16、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题550图题5 49图550试用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Fc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。或增大被联接件的刚度（），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

17、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。a）改变螺栓的刚度题551图答：在总拉力F2、残余预紧力Fi不变时，Fo,可减小 F,提高螺栓联接a）如图示，减小螺栓的刚度”），增大预紧力 的疲劳强度。mb）如图示，增大被联接件的刚度（），增大预紧力F。，可减小 F,提高螺栓联接的疲劳强度。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

18、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趋于均匀， 可采用下述方法：悬置螺母；内斜螺母; 环槽螺母。553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；J F2 _ .:叱12结合面受压最大处不被压溃（碎）二PmaxZF M结合面受压最小处不离缝。Pminr_w 0554滑动螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸（即螺杆直径及螺母高度） 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555 一牵曳钩用2

19、个M10（di=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Fmaxo解：三=240MPa查表 510, S=1.21.5.S 240一亠200 160MPa题5 55图由强度条件:1.3F。F。4. 1.3 423.14 8.376(200 160)1.3汉4二 8472 .85 6778 .28 NS 1.2 1.5F。fz_ Ks由承载条件:= 2118 .21 1694 .57 N(8472 .85 6778 .28)0.1521.2F max =

20、2118.21 1694.57 N556有一受预紧力F=1000N和轴向工作载荷F=100ON作用的普通紧螺栓联接，已知螺栓的刚度C b与被联接件的刚度 Cm相等。试计算该螺栓联接所受的总拉力F2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F2=F+CF =1000+X1000 = 1500N解：Cb Cm2C1残余预紧力Fim F =10001000 = 500NCb +Cm2被联接件不离缝时的Fmax : F F0Fmax二0Cb +Cmc + cFmax*。1000 2 =2000NCm557如图

21、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，残余预紧力F i=1.8 F，螺栓间距t 120d 1 (24)43 45791.67 = 25.1385mm：i. 120杳表 M 36d1(16)= 31.670mm a 30.788mmM 30d1(24)= 26.211mm 25.1385mm校核螺栓间距t兀Do650兀t( 16)127.5625mm ： 4.5d = 4.5 36 = 162mmZ 16兀D0650兀t(24)85.04m m ： 4.5d = 4.5 30 = 1

22、35mmZ 24校核应力幅g：a(佝Cb2FCb Cm 二d；二 0.82 16354.17=8.31MPa :a (24)Cb2FCb Cma2二 0.8二 31.6702 16354.17 : 26.211打-20MPa二 12.13MPa ： L丄 20MPa确定螺栓的数目和尺寸：38杳表 Z = 16 M 36 l =100或90mm 或 Z=24 M 30 丨=90mm60 ( GB/T271988),螺栓的性能等级为8.8级，联轴器材料为HT200,试校核其联接 强度。若改用普通螺栓联接，两半联轴器接合面间的摩擦系数f =0.15，防滑系数Ks=1.2，试计算螺栓的直径，并确定其公

23、称长度，写出螺栓标记。解：Os=640MP采用铰制孔用螺栓联接铸铁的匚B=200Mia螺杆do=13mm查表510钢：S=2.5 S p=1.25 .=仁/ S =640/2.5=256 MPa6= 伍 /S P=640/1.25=512MPa铸铁：Sp=2.0 2.5 ；“=；b/S p=200/2.0单个螺栓所受的工作剪力F为：= 2423.08NTrmax _2 630:2 - 4 130 10 rii =1校核螺杆的剪切强度F2423.08 宀仆八118.26MPa - 八 2八2d132.5=100 80 MPa安全校核螺杆、联轴器的挤压强度L min=38 22=16mm2423.

24、08d 0Lmin13 16= 11.65】安全改用普通螺栓联接查表510按不控制预紧力,由承载条件:由强度条件:KsTZf rii -11.3 F0 . c=2-上F0 -设 d=16mn取 S=4 -=1 .263023 二 19384 .62 N0.15413010fa 41.3F0ji fcr d1 -4-s /S=640/4=160MPa3 19384 .62 = 14.165 mm44取 M2Q d1=17.294mm14.165mm（或取第二系列 M18 d1=15.294mm14.165mm 与假设基本相符，不必修改安全系数 So螺栓的长度 I 22X 2+m+S=44+18+

25、5=67 取 l =7080mm螺栓标记：螺栓 GB5788 86 M20 X 70(或80)若按控制预紧力，取=1.21.5,二韶萨53333426.67MPa= 7.7586 8.674mmd 4 1.3Fo =4 1.3 19384.62.（53333 426.67）二取M10，d1 = 8.376mm 7.7586mm取M12, d1 10.106mm 8.674mm标记：螺栓 GB5882 86 M10 70（或80）559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=5000N轴向载荷Fc=16000N。已知螺栓的相对刚度 C (Cb+G)=0.25，

26、接合面 间摩擦系数f=0.15 ,Ks=1.2,螺栓的性能等级为8.8级，试确定螺栓的直径 及预紧力解：；二=640MP查表510，按不控制预紧力，设d=16mm取 S=4c= Cs /S=640/4=160MPa(按控制预紧力取S=1.21.5= is /S p=480/1.25=384M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FfF 10000Ff2500NZ 4T作用在每个螺栓中心处的横向力为 FtTr maxzJi2i 4zr3“=7071Q7n4 75 2由图可知，右边两个螺栓受力最大Fmax 二 F； F； - 2Ff Ft COS135 =9013.88N按剪切强度计算直径,查表510钢：S=2.5 Sg=480MPp=1.25