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螺纹开角也增大，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D0A、三角形螺纹R梯形螺纹C、锯齿形螺纹D、矩形螺纹5-3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C0A、增加螺纹联接的轴向力B、增加螺纹联接的横向力C防止螺纹副的相又t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,联钢丝为B防松。A、摩擦B、机械C、不可拆5-6在校制

2、孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为B0A、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5-8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5-9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_；受横向工作载荷的银制孔螺栓联接中，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DoA、工作载荷B、预紧力C工作载荷+

3、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Cm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F0时，则D。A、联接件分离，联接失效R被联接件即将分离，联接不可靠C联接可靠，但不能再继续加载班级成绩姓名任课教师学号批改日期n联接可靠，只要螺栓弓S度足够，工作载荷F还可增加到接近预紧力的两倍5-11重要的螺栓联接直径不宜小于M12这是因为C0A、要求精度高B、减少应力集中G防止拧紧时过载拧断D、便于装配5-12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DA、安全可靠R保证足够的预紧力D

4、、计入扭转剪应力5-13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COCmin=常数A、r=常数B、m=常数B、减小Cb,增大C5-14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Cb,减小被联接件的刚度CmD、增大Cb和Cm5-15有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在o2M之间变化，则螺栓中的应力变化规律为C0A对称循环定循环B、脉动循环非对称循环516当螺栓的最大总拉力F2和残余预紧力Fi不变,只将螺栓由实心变成空心,则螺栓的应力幅a与预紧力Fo为D增大，预紧力Fo应适当

5、减小减小，预紧力Fo应适当减小517螺栓联接螺纹牙问载荷分配不均是由于B、DD增大，预紧力Fo应适当增大减小，预紧力Fo应适当增大A螺母太厚B、应力集中OC螺母和螺栓变形大小不同D螺母和螺栓变形性质不同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AoA、480MpiB、6MPaC、8MPaD、0.8MPa5-19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OD、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mA外形美观B、购买方便要是为了C

6、oC便于加工和安装受力均匀5-21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B、D、螺母的螺纹圈被剪断螺纹工作面被磨损二、填空题5-22三角形螺纹的牙型角角=3。°,适用于传动60523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班级成绩姓名任课教师学号批改日期,适用于联接；而梯形螺纹的牙型中径，计算螺纹的危险截面时使用的是螺纹的小径。三二24常用螺纹的类型主要有普通螺纹、FU锥螺纹管螺纹形螺纹矩形螺纹、和锯齿形螺纹5-25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

7、高传动效率5-26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开角巾和牙型斜角（牙侧角）5-27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）支承面间的摩擦阻击一T2之和。.528螺纹联接防松的实质在于5-29在螺栓联接的破坏形式中，约有防止螺纹副在受载时发生相对转动90%的螺栓属于疲劳破坏，疲劳断裂常发生在拉应力和扭切应力螺纹根部530普通紧螺栓联接，受横向载荷作用。则螺栓中受作用。5-31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（拉倔日丽）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；

8、校制孔用螺栓联接承受横向工作载荷时,依靠校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）532有一单个紧螺栓联接，已知预紧力为Fo,轴向工彳载荷为F,螺栓的相对刚度为Cb/（Q+G）,则螺栓所受的总拉力F2=R+FG/（Cb+C）,而残余预紧力Fi=Fo-FC/（G+CJ。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41.3F2d；5-33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一定时,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

9、F和残余预紧力F1一定时，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，螺栓中将产生附加避免螺栓受附加弯曲应力。5-35采用凸台或沉头座孔作为螺栓头或螺母的支承面是为了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。5-37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5-38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而间告力均匀.便干加工和装归一：应考虑班级成绩姓名任课教师学号批改日期方要问题有

10、联接结合而设计成轴对j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、RC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。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国表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。5-41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

11、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。5-42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，由于螺纹也会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛，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。5-43普通螺栓联接和校制孔用螺栓联接的

12、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:承载条件F0KSFSif1.3F螺杆的拉伸强长4d12较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）计算准则：螺杆的剪切强度F螺杆与孔壁接触面的挤压强度汽,pd0Lmin544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？班级成绩姓名任课教师学号批改日期答：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。5-45松螺栓联接和紧螺栓联接的

13、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。5-46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FFo0bF,即同方向（不

14、变号）的非对称循环变载荷，0<r<1;所受到的横CbCm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=8X100MPa）,小数点后的数字8代表材料的屈服极限（S）与抗拉强度极限（B）之比值（屈强比）的10倍（10s/B,s=8b/10=640MPa）。5-48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？

15、试说明其原因。z、接合面的数目i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，应取多少？答：螺栓的数目z=4接合面的数目i=2550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R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e）或增大被联接件的刚度（），螺栓的总拉力F2减小，螺栓联

16、接的静强度提高；残余预紧力F1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。5-51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0bF0F0b）改变被联接件的刚度F2F10m变形题551图答：在总拉力F2、残余预紧力a）如图示,减小螺栓的刚度b的疲劳强度。Fi不变时，）,增大预紧力F。,可减小F,提高螺栓联接b）如图示，增大被联接件的刚度（联接的疲劳强度。）,增大预紧力F。，可减小F,提高螺栓552为什么螺母的螺纹圈数不宜大于牙的载荷分布趋于

17、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班级成绩姓名任课教师学号批改日期10?通常采用哪些结构形式可使各圈螺纹的第一圈处为最大，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趋于均匀，可采用下述方法：悬置螺母；内斜螺母;环槽螺母。5-53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；3F2d124结合面受压最大处不被压溃（碎）PmaxZF0A结合面受压最小处不离缝。Pmin（即螺杆直径及螺母

18、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555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Fmaxb牵曳力解：s=240MPa查表510,S=1.21.52401.21.5200160MPa由强度条件:=1.3F0F。d124d123.148.3由承载条件：F01.34Ks-fzF

19、76;fzKsFmax76诲（2001孽4号160)成绩7»批改日期78.28N-7-(8472.856778.28)0.1522118.211694.57N1.22118.211694.57N5-56有一受预紧力R=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Cb与被联接件的刚度Cm1相等。试计算该螺栓联接所受的总拉力F2和残余预紧力错t!未找到引用源。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？、，C1解.总拉力F2F0b一F100010001500NCbCm2残余预紧力F1F0Cm-F1000-100

20、0500NCbCm2被联接件不离缝时的Fmax:F1F0Cm匚_Fmax0CbCmCCmFmaxFq-4aaa0onnnM100022000NCm5-57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02M之间变化，气缸内径D=500mm螺栓分布宜径D0=650mm为保证气密性要求，残余预紧力F1=1.8F,螺栓间距t<4,5d(d为螺栓的大径)。螺栓材料的许用拉伸应力=120MRa,许用应力幅成绩a=20MPa。选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度Cb/(Cb+Cn)=0,8,试确定螺班级姓名任课教师栓的数目和尺寸。学号批改日期解：设取螺栓数目Z=16或24则单个螺栓所受

21、的轴向工作载荷F为:F(16)一一223.14500416F(24)23.14500242424531.25N16354.17N题557图单个螺栓所受的总拉力F2为:F2(16)F1F1.8FF2.8F2.824531.2568687.5NF2(24)F1F1.8FF2.8F2.816354.1745791.67N所需的螺栓直径d1：1.3F2d"41.368687.512041.345791.6712030.788mm25.1385mm查表M36M30d1(16)31.670mm30.788mmd1(24)26.211mm25.1385mm校核螺栓间距t(16)t(24)tD0ZD

22、0Z6501665024127.5625mm4.5d4.536162mm85.04mm4.5d4.530135mm校核应力幅a：Cb2Fa(16)CbCmd12Cb2Fa(24)CbCmd12216|354.1731.6702级8.31MPa216354.17名,、dCAJIn26、2I1.2掌2号2.13MPa0.80.8成20绯)a任课就如20M犯改型Pa确定螺栓的数目和尺寸：杳表Z16M36l100或90mm或Z24M30l90mm5-58如图凸缘联轴器(GB/T5843-1986)的型号为YLD1Q允许传递的最大转矩T=630Nm,两半联轴器采用4个M12的校制孔用螺栓联接，螺栓规格为

23、M12X60(GB/T2J1988),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,Ks=1.2,试计算螺栓的直径,解：s=640Ma采用较制孔用螺栓联接铸铁的b=200M查表510钢：S=2.5Sp=1.25铸铁：Sp=2.02.5单个螺栓所受的工作剪力两半联轴器接合面间的摩擦系数并确定其公称长度，写出螺栓标记。f=0.15,防滑系数38p二F为:b/Sp=200/2.02.5=10080MPaTrmax2630F方32423.08N2413010rii1题558图校核螺杆的剪切强度F2423.0818.26MPa安全2_2d0213244校核螺杆、

24、联轴器的挤压强度Lmin=3822=16mmF2423.08d0Lmin131611.65安全改用普通螺栓联接查表510按不控制预紧力,设d=16mniRS=4=s/S=640/4=160MPa由承载条件:Fo由强度条件:KsTZfrii11.3F01.26302319384.62N0.15413010d；441.3F0姓名1.319§84-160任课教师批改日期165m'm取M2Qd1=17.294mn>14.165mm（或取第二系歹M18d1=15.294mm14.165mm与假设基本相符，不必修改安全系数So螺栓的长度l>22X2+m+S=44+18+5=6

25、7取l=7080mm螺栓标记：螺栓GB57882-86M20X若按控制预紧力，取=1.21.5S1.21.5533.33426.67MPad141.3Fo取M10,d取M12,d8.376mm41.319384.62（533.33426.67）7.7586mm7.75868.674mm10.106mm8.674mm标记：螺栓GB588286M1070（或80）螺栓GB588286M1270（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Fq=16000N已知螺栓白相对刚度C(Cb+C)=0.25,接合面间摩擦系数f=0.15,Ks=1

26、.2,螺栓的性能等级为Fqo8.8级，试确定螺栓的直径及预紧力解：s=640Ma查表5-10,按不控制预紧力，设d=16mn®（S=4=s/S=640/4=160MPa（按控制预紧力取S=1.21.5=s/S=640/1.21.5=533.33426.67MP单个螺栓的轴向工作载荷FFqFq16000F4000NZ4题559图在横向载荷Fr作用下，支架不下滑的条件:fF1ZKsFr残余预紧力Fi12潸000N级成绩姓名任课教师学号批改日期10单个螺栓所受的总拉力F2F2F1F10000400014000N确定螺栓的直径di413F24131400012.04mm(控制预紧力时6.59

27、37.371mm)；160取M16d1=13.835mm12.04mm与彳贸设相符。(控制预紧力时，取M8,d1=6.647mm6.593mn<M1Qd1=8.376mm7.371mm一一Ch预紧力F°F1(1b)F10000(1-0.25)400013000NCbCm5-60如图所示，方形盖板用四个螺钉与箱体联接，盖板中心O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F2O(2)如因制造误差，吊环由O点移到O点OO5<2mm,求受力最大螺钉的总班.”00WTF拉力F2max钉的直径解：(1)螺钉的总

28、拉力F2F10F2F1(0.61)4kNZ4(2)受力最大螺钉的总拉力Fmax因制造误差，吊环移位产生的力矩M1052502Nm在M作用下,左下角螺栓受加载作用，受到的载荷:M50x21032r21002250N受力最大螺钉所受的工作载荷FmaxF10000FmaxFm2502750N受力最大螺钉所受的总拉力F2max(0.61)Fmax1.627504400N螺钉的直径di41.3F2max41.344002max1207.792mm取M1Qdi=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

29、的最大载荷为20000班级成绩姓名任课教师学号批改日期N,问：(D(2)径。此联接采用普通螺栓还是较制孔用螺栓为宜？若用较制孔用螺栓，已知螺栓材料为45号钢性能等级为6.8级，试确定螺栓在解：每边的载荷为10000N(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。所以此联接采用较制孔用螺栓为宜。L(2)s=480M查表510钢：S=2.5Sp=1.25=s/S=480/2.5=192MPap二s/SP=480/1.25=384MPa将力F向形心简化F=10000NT=FL=10000X300=3X106NmmF作用在每个螺栓中心处的横向力为FfF10000Ff2500

30、NZ4T作用在每个螺栓中心处的横向力为Ft题561图TrmaxFTz2rii1zr31067071.07N4752由图可知，右边两个螺栓受力最大Fmax.Ff2F；2FfFtcos1359013.88N按剪切强度计算直径,s=480Ma查表510钢：S=2.5Sp=1.25=s/S=480/2.5=192MPap=s/SP=480/1.25=384MPaFmaxFFFmax八.，Fmaxdo449013.887.7334mm192取M8d0=9mm7.7335mm按挤压强度计算FmaxPdgLmin班级成绩姓名任课教师学号批改日期只要LminFmaxd0P9013.8893842.6mm即满足

31、强度要求562校制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mma=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？方案一方案二方案三题562图解：将力F向形心简化：横向载荷F旋转力矩T=F-L=300F横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为FT1、3Tr11maxT300F2.5FFt20z2rii12a260如图示可知,螺栓3受力最为xFfFtF_5F17F326T在每个螺栓中心处的横向力为Ft横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为FfFfT在每个螺栓中心处的横向力为FtFT1、3TrmaxT300Fz22a2602.5姓学FmaxFmax图示知螺栓1、3受力最大_2_2FF%F25F132横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为FfT在每个螺栓中心处的横向力为FtFT1、2、3TrmaxT300F5Fz23a3603rii1在Fy作用下：FFy:在M作用下：FyZ30004750NMmaxMrmaxz2rii1M10392302502250sin45Zsin4522939.39N题563图螺栓2