机械设计第五章答案西北工业大学第八版1

1、机械设计 第五章 课后习题5-1分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用5-2将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？5-2分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压 力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？5-4 ?图5-49所示的底板螺栓组联接受外力FX作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓 组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？is 5-49联接5-5图5-50是由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

2、用4个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为KN载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？ 为什么？5-6已知托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为 mm大小为60KN的载荷作用。现有如图5-51所示的两种螺栓不知型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种 不知型式所用的螺栓直径较小？为什么？厂r氏DO-P t JIDk 7(h-125p I4”ki)5-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。已知拉丁所受的载荷F=56KN载荷稳定，拉丁材料为 Q235钢，试设计此联接。5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。若

3、接合面的摩擦系数f=0.3,螺栓预紧力控制在其屈服极限的 70%螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力Fo=15000N当受轴向工作载荷F= 10000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力P=01MPa缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mfa、下凸缘厚均为 25mm试设计此联接。图5-24受轴向裁荷的煤栓组联蛊5-11设计简单千斤顶（参见图5-41 ）的螺杆和螺母的主要尺寸。起重量为 40000N起重

4、高度为200mm材料自 选。ffl5-4J螺艇起蕭参考答案5-1 :螺纹类型普通螺纹特点应用牙形为等力三角形，牙型角60o,内外螺纹旋合后留 有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减少 应力留集中。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和 细牙。细牙螺纹升角小，自锁性较好，搞剪强度高， 但因牙细在耐磨，容易滑扣一般联接多用粗牙螺纹，细牙螺 纹常用于细小零件、薄壁管件或 受冲击、振动和变载荷的连接中， 也可作为微调机构的调整螺纹用管螺纹牙型为等腰三角形，牙型管联接用细牙普通螺纹薄壁管件角55o,内外螺纹旋合后无 径向间隙，牙顶有较大的 圆角非螺纹密封的55o圆柱管螺纹管接关、旋塞、阀门及其他附件用

5、螺纹密封的55o圆锥管螺纹管子、管接关、旋塞、阀门及其他螺纹连接的附件米制锥螺纹气体或液体管路系统依靠螺纹密封的联接螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙侧角3o,内外螺纹以锥面巾紧 不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好最常用的传动螺纹锯齿形螺纹牙型不为等腰梯形，工作面的牙侧角 3o，非工作面 的牙侧角300。外螺纹牙根有较大的圆角，以减少应 力集中。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。 兼有矩形螺纹传动效率咼和梯形螺纹牙根旨度咼的 特点只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动，如螺旋压力机5-2答：可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。5-3 解：F = P-D2 !z,F2 = Fq +

6、兀% = 1.鸥 q+q4最大应力出现在压缩到最小体积时， 最小应力出现在膨胀到最大体积时。 当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。5-4解将尺力蒔效转化到底板面上.可知底板受到轴问力易，横向力忌和倾覆力犯JL *1）底板最左侧的蟀栓受力最大，应验算该蛭栓的竝伸强度.要求枚应力csac *C2）应验算底板右側边缘的最大挤应力要求最大挤压应力碍唤勻巧* ”（3）应验算底板右侧边缘的最小挤应力要求最小挤压应力込X（4）应验算底板在横向力作用下是否会滑移”要求摩撩力刁忌5-5采用铰制孔用螺栓联接为宜, 转矩。因为托架所承受的载荷有较大变动，普通螺栓联接靠接合面产生的摩擦力矩来抵抗

7、由公式FA 呼一/+与 + Q）於 q可求得螺栓的最小直径，铰制孔用螺栓时，由公式时的最小直径，两个直径进行比较可得出铰制孔用螺栓的直径小。2-1及挤压强度和剪切强度公式可以计算出此5-6螺栓组受到的剪力F和转矩T(T-FL)，设剪力F分在各螺栓上的力为乩 转矩 T分在各个摞栓上的力为Fj* p(1) 在图5. 23 (a)在蛭栓布置方案中*各螺拴轴线到螺栓组对称中心的距离 都为r,即r=125ni故卩Fi=l/6F=10KN*=FL/6r=40A7/由图可知，最左和最右的螺栓受力最大为.F2=40+10=50KN(2) 对于图5.23 (b)Fi=l/6F=10K4FLr巧“=宀横=2440

8、审*-iF = jF： + F； + 2F,Fgs8 = 33.6由以上数什可以得岀.采用图5. 23 (b)的布置型式所用的螺栓直径较小。5-7解 该题属于松螺栓联接的题目。拉伸强度条件为.拉杆材料为Q235,其b二95肝比屮灾灯=27.4 2X95X10*54所以取螺栓选用的直住d二30mm.5-8解 螺栓数目为2,接合面数为1.取防滑系数为K驴1.2,性能等级为4.8的碳 钢二32DHP0则螺栓所需预紧力F0为恥竺得岀 F L = 2x105-101 爲5-9解 采用樣垫片密封，取蛭栓的相对刖度 丄一 =00由敦材兮式（5-18）. 螺栓的总竝力F严*- 24000 V.U由鞍材公式（5

9、J5）*残余预紧力为* Fl=F214000N-解 （1）确定螺栓数z和直径d*查教材5-5,螺栓间距心Y 7孔取心6山取2=12.则螺栓间距.站 二 兰込=*jz螺栓直径左tO/492/6二15. 33盹取隹16顽*（2选择螺栓性能等级。选择螺栓性能等级为8. 8级，查教材表5吃提*- 300MPafas = 640MPa 卩（3）计算螺栓上的载荷.作用在气缸上的最大压力F和单个螺栓上的工作载荷F分别为卩ttD2F =7363WE 4 * ,F = = 6136AT z取残余预紧力F1=L 5F,由教材公式Z（5-15）,螺栓的总载荷-F2二F1+F二2 5F=2. 5*6136=15340

10、（4）许用应力。按不控制预紧力确定安全系数，查教材表5-10,取阻4,许用拉应力.0二匸16。必心 g（5）验算螺栓的逼度查手册，螺栓的大径d=16imJ水径dl=13. 835min.取螺栓公称长度1=70由教材公式（5-19）,螺栓的计算应力耳严公冬=1弦7切七Y0W-dl4 1满足強度条件。螺栓的标记为GE/T 5782-86M16X70,螺栓数量沪12川5-11解： 选作材料。螺栓材料等选用45号钢耳二3。0伽。螺母材料选用ZCuA19Mn2查表确定需用压强P=15MPa.（2）确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本题采用梯形螺纹。（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。

11、因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取二 ，根据教材式（5-45）得但对中小尺寸的螺杆，可认为上，所以上式可简化为1.按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论，其强度条件为 = 1.3a=l3Q/A4.本题取值为5.故（5）综合考虑，确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果，可知本题螺杆直径的选定应以抗压强 度计算的结果为准，按国家标准GB/T5796-1986选定螺杆尺寸参数：螺纹外径d=44mm螺纹内径d仁36mm螺纹中 径d2=40.5mm螺纹线数n=1,螺距P=7mm.（6）校核螺旋的自锁能力。对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。本题螺杆的材料为钢，a r

12、B螺母的材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数 f=0.09（查机械设计手册）。因梯形螺纹牙型角-, 所以= arctan 人=arctan= 5*19cos 0因y-PV,可以满足自锁要求。注意：若自锁性不足，可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。（7）计算螺母高度H.因选二-所以H#1取为102mm螺纹圈数计算：z=H/P=14.5螺纹圈数最好不要超过10圈，因此宜作调整。一般手段是在不影响自锁性要求的前提下，可适当增大螺距P,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准，耐磨性已相当富裕，所以可适当减低螺母高度。现取螺母高度H=70mm则螺纹圈数z=10,满足要求。（8）螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。根据教材表5-13，对于青铜螺母 U ,这里取30MPa由教材式（5-50 ）得螺纹牙危险截面的剪切应力为二丁满足要求螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校核。（9）螺杆的稳