机械设计作业第5答案解析

1、第五章螺纹联接和螺旋传动一、选择题5-1 螺纹升角力增大，则联接的自锁性C，传动的效率；牙型角口增大，则联接的自锁性A，传动的效率CA提高B、不变G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5-4 螺纹联接防松的根本问题在于A、增加螺纹联接的轴向力的横向力C防止螺纹副的相对转动的刚度5-5 对顶螺母为A防松,开口销为B防松,串联钢丝为B防松。5-6 在较制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为BA、间

2、隙配合B、过渡配合C过盈配5-7 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。C。B、增加螺纹联接D增加螺纹联接A、摩擦B、机械C、不可拆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;受横向工作载荷的较制孔螺栓联接中，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+预紧力D 工作载荷+残余预紧力 E、残余预紧力

3、5-10 受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度 G 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D。A、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5-11 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D。A、安全可靠B、保证足够的预紧力G防止松脱 D 计入扭转剪应力5-13 对于

4、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 R3=常数C二min=常数5-14 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CmB、A、接合面间的摩擦力螺栓的剪切和被联接件的挤压B、螺栓的剪切和挤压C减小Cb,增大CmC 减小 Cb和 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之间变化，则螺栓中的应力变化规律为COA、对称循环B、脉动循环C、非对称循环Q非稳定循环516 当螺栓的最大总拉力F2和残余预紧力Fi不变

5、，只将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应力幅J与预紧力F0为D。AQa增大，预紧力Fo应适当减小B、Ga增大，预紧力Fo应适当增大C3减小，预紧力F0应适当减小D仁减小，预紧力Fo应适当增大5-17 螺栓联接螺纹牙问载荷分配不均是由于D。A螺母太厚B、应力集中C、螺母和螺栓变形大小不同D螺母和螺栓变形性质不同518 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AoA480MfaB6MPaC8MPaD0.8MPa5-19 采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支承面，是为了A。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5-20 设计螺栓组联接时，虽然每个螺栓

6、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CoA、外形美观B、购买方便C便于加工和安装D受力均匀5-21 传动螺旋工作时，其最主要的失效形式为D。A螺杆的螺纹圈被剪断B、螺母的螺02Mfa纹圈被剪断C、螺纹工作面被压碎D螺纹工作面被磨损二、填空题5-22 三角形螺纹的牙型角=60,适用于W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二 I 径。5-24 常用螺纹的类型主要有普通螺纹、米制锥螺纹、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、和锯齿

7、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二 L，这主要是为了减小当量摩擦系数，提高传动效率。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”和牙型斜角 B（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）支承面间的摩擦阻力矩T_之和。5-28 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，疲劳断裂常发生在螺纹根部。530 普通紧螺栓联接，受横向载荷作用。则螺栓中受应力和扭切应力作用。5-

8、31 普通螺栓联接承受横向工作载荷时，依靠接合面问的摩擦力承载,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；较制孔用螺栓联接承受横向工作载荷时，依靠较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 F。，轴向工作载荷为F,螺栓的相又度为C(G+G),则螺栓所受的总拉力F2=F0+FC/(G+Cn),而残余预紧力Fi=F0-FC/(G+G)。若螺栓的螺纹小径为di,螺栓材料的许用拉伸应力为一百则具危险截面的拉伸强度条件式为仃=乃萼od125-33 受

9、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。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生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O5-38

10、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问受力均匀，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o539 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。三、分析与思考题5-40 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 P60 表 51。:对联接螺纹的要求：联接可靠，当

11、量摩擦系数大，自锁性能对传动螺纹的要求：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？试各举由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

12、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。5-43 普通螺栓联接和较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：牙地，:!7承载条件一工蟒杆的拉伸强度杆与孔壁接触面被压溃（碎）计算准则：一工螺杆的剪切强度一二d2一二、4较制孔用螺栓联接的主要失效形式:螺杆被剪断PF螺杆与孑1dls接触面的挤压强度5-44 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。5-45 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

14、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+、F,即同方向（不变号）的非对称循环变载荷，ovrv1；所受到的横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=1o547 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（d1639mrh。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,仃 B=8X100MPa）,小数点后的数字 8 代表材料的屈服极限（os

15、）与抗拉强度极限（QB）之比值（屈强比）的 10 倍（10os/oB,as=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？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。5-49 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=45-50试用受力变形线图分析说明螺栓联

16、接所受轴向工作载荷F,当预紧力F。一定时，改变螺栓或被联横件的刚度，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。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？题 551 图答：在总拉力F2、雷余预紧力Fi不变时，a）如图示，减小螺栓的增度（），增大预紧力F。，可减小F,提高螺栓联接的疲劳城瓦b）如图

17、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。5-52 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。F0F0Jm6F1F20b0m变形b）改变被联接件的刚度a）改变螺栓的刚度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

18、母。5-53 受倾覆力矩腭！ 容组联接应满足哪些不失效条件?答： 螺杆不被拉断萩一士目4cPmax,匹MM*结合面受压最大处不被压溃（碎）W;ZFoM八0Pmin工一百0结合面受压最小处不离缝。5-54 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牵曳钩用2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

19、螺栓组联接允许的最大牵曳力Fmax。(8472.856778.28)0.152二2118.211694.57N1.2Fmax=2118.211694.57N556有一受预紧力FO=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！未找到引用源。在预紧力F0不变的条件下，若保证被联接件不由现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷Fmax为多少？C1总拉力F2=F0+bF=1000+M1000=1500N解：2CbCm2解:入=240MPa查表 510,由强度条件:二200160MPa1.3F。二di2

20、fa匚二d；LT3.148.3762(200160)F0二-1.341.34=8472.856778.28N由承载条件:F0-KSFfzFfz二KT题 555 图C1残余预紧力F1=F。F=10001000-500NCbCm2C被联接件不离缝时的Fmax:F1=F0Fmax=0maxCbCmCCmFmax=F0-10002-2000Nmax0Cm5-57 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 02Mfa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Fi=1.8F,螺栓间距t4,5d(d为螺栓的大径)。螺栓材料的许用拉伸

21、应力o=120MPa,许用应力幅3=20MPa。选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度Cb/(Cb+C)=0.8,试确定螺栓的数目和尺寸。解：设取螺栓数目 Z=16 或 24 则单个螺栓所受的轴向工作载荷F(16)F(24)二D2rzZ二D2rzZ一一一223,14500二24531.25N41623,1450O2;16354.17N专业2朋编辑整理F为:单个螺栓所受的总拉力F2为：F2(16)=F1F=1.8FF=2.8F=2.824531.25=68687.5NF2(24)=F1F=1.8FF=2.8F=2.816354.17=45791.67N所需的螺栓直径&：1.3F222d1d1(1

22、6)-31.670mm30.788mmd1(24)-26.211mm25.1385mm校核螺栓间距t二D0650二_,t(16)=0=127.5625mm22X2+m+S=44+18+5=67 取l=7080mm螺栓标记：螺栓 GB57882r8664M20X70（或 80）若按控制预紧力，取=1.21.5卜】=533.33426.67MPaS1.21.5,41.3F041.319384.62d1-，二一（533.33426.67）二=7.75868.674mm取M10,d1=8.376mm7.7586mm取M12,d1=10.106mm8.674Tlm标记：螺栓GB588286M10M70（

23、或80）螺栓GB588286M12父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=16000No 已知螺栓的相对刚度C/(G+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 8.8 级，试确定螺栓的直径及预紧力在横向载荷FR作用下，支架不下滑的条件:fEZ一KSFR解:入=640Mfa查表 510,按不控制预紧力，设 d=16mnBS十0s/S=640/4=160MPa(按控制预紧力取 S=1.21.5仃=仃s/S=640/1.21.5=533.33426.67MP题 559 图单个螺

24、栓的轴向工作载荷FFQ160004=4000N残余预紧力FIKSFR一fZ1.250000.154=10000N单个螺栓所受的总拉力F2F2=F1F=100004000=14000N确定螺栓的直径&、噂23T署0=12。4控制预紧力时牖9”7371mm)取 M16,di=13.835mm12.04mm与假设相符。(控制预紧力时，取 M8,di=6.647mm6.593mm或 M10,di=8.376mm7.371mmCb预紧力Fo=F1(1-b-)F=10000(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=10

25、kN,要求残余预紧力为工作拉力的 0.6 倍， 螺钉的许用拉应力叼=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OO=5”mm,求受力最大螺钉的总拉力F2mMi钉的直径。解：(1)螺钉的总拉力F2F10F2=(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M=1052=50,2Nm在M作用下，左下角螺栓受加载作用，受到的载荷:F10000Fmax-FM=2502750NZ4受力最大螺钉所受的总拉力F2max=(0.61)Fmax=1.62750=4400N螺钉的直径取 M1Qdi=8.376mm7.792mmM50.2

26、1032r2100.2=250N受力最大螺钉所受的工作载荷Fmaxd14j1.3F2maxitbj-41.34400120二=7.792mm题 560 图5-61 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 20000N,问：(1)此联接采用普通螺栓还是较制孔用螺栓为宜？(2)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，试确定螺栓的直径。解：每一边的载荷为10000N立柱(1)因载荷较大，若采用普通螺栓，则需要时预紧力很大,螺栓的直径很大。所以此联接采用较制孔用螺栓为宜。(2)3=48

27、0MFa0查表 510钢：S=2.5SP=1.25q=%/S,=480/2.5=192MPaGp=J/Sp=480/1-.25=384MPa将力F向形心简化 J：:F=10000NT=FL=10000 x300=3x106NmmF作用手，腮栓中心处的横向力为FFFF=2500NZ4T作用在每个螺栓中心处的横向力为FTFT=Trmx=T=_310=7071.07N2zr4752,rii1由图可知，右边两个螺栓受力最大Fmax=F2FT2-2FFFTcos135=9013.88N按剪切强度计算直径，s=480Mfa查表 510钢：S=2.5SP=1.25尸二s/S=480/2.5=192MPa二p=0s/SP=480/1.25=384MPamax-T-2dO4取 M8d0=9mm7.7335mm按挤压强度计算-Fmax.:-P=-一匕pJd0Lmind04FmaxnJr_49013.88-192二=7.7334mm0M八0W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Co/(G+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：二s=480Mfa查表 5-10 按不控制预紧