2025年螺栓连接试题及答案

2025年螺栓连接试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种螺栓连接形式属于受拉连接？A.用于法兰密封的普通螺栓连接B.用于齿轮箱箱体与箱盖的铰制孔螺栓连接C.用于夹具夹紧工件的紧定螺钉连接D.用于滚动轴承轴向固定的圆柱销连接2.螺栓连接中，预紧力的主要作用是：A.提高螺栓的抗拉强度B.防止被连接件间出现相对滑移C.减少螺栓的应力幅D.降低螺纹副的摩擦系数3.某螺栓连接采用8.8级螺栓，其公称抗拉强度σb与屈服强度σs分别为：A.σb=800MPa，σs=640MPaB.σb=880MPa，σs=704MPaC.σb=800MPa，σs=600MPaD.σb=880MPa，σs=660MPa4.对于承受横向载荷的普通螺栓连接，其强度计算的主要依据是：A.螺栓杆的剪切强度B.螺纹牙的剪切强度C.被连接件接合面的挤压强度D.螺栓的拉伸强度（考虑摩擦力传递载荷）5.当螺栓连接承受变载荷时，为提高其疲劳强度，应优先采取的措施是：A.增大预紧力B.减小螺栓直径C.采用刚性较大的被连接件D.降低螺纹表面粗糙度6.以下螺纹类型中，自锁性能最好的是：A.普通粗牙螺纹（牙型角60°）B.普通细牙螺纹（牙型角60°）C.梯形螺纹（牙型角30°）D.锯齿形螺纹（牙型角33°）7.螺栓连接中，被连接件为铸铁时，通常在螺栓头或螺母下设置垫片，其主要目的是：A.增大接触面积，降低局部压溃风险B.提高连接的密封性C.减少螺栓的弯曲应力D.便于调整预紧力8.某螺栓连接的剩余预紧力为F''，工作拉力为F，则螺栓所受的总拉力F0为：A.F0=F''+FB.F0=F''+(1-Kc)F（Kc为相对刚度系数）C.F0=F''+KcFD.F0=Kc(F''+F)9.用于高速旋转机械的螺栓连接，其防松装置应优先选择：A.双螺母防松B.弹性垫圈防松C.槽形螺母+开口销防松D.黏结剂防松10.螺栓连接的疲劳断裂通常发生在：A.螺栓头部与杆部的过渡圆角处B.螺纹收尾处C.螺纹牙底的应力集中处D.螺栓杆的光杆部分二、填空题（每空1分，共20分）1.螺栓连接按受力方式可分为______连接和______连接，其中______连接主要靠螺栓杆受剪和挤压传递载荷。2.螺栓的性能等级标记“10.9”中，“10”表示______，“9”表示______。3.螺纹连接防松的根本目的是防止______和______之间的相对转动或轴向移动，常见的防松方法可分为______防松、______防松和______防松三类。4.螺栓连接中，被连接件的刚度越大，螺栓的相对刚度系数Kc越______，工作载荷作用下螺栓的总拉力增量越______，这对提高连接的疲劳强度______（有利/不利）。5.计算松螺栓连接的强度时，只需考虑______应力；而计算紧螺栓连接的强度时，需考虑______应力和______应力的复合作用，通常按______强度条件校核。6.当螺栓连接承受轴向变载荷时，螺栓的应力幅σa=______（用F、Kc、d1表示，F为工作载荷，Kc为相对刚度系数，d1为螺纹小径）。三、简答题（每题6分，共30分）1.简述普通螺栓连接与铰制孔螺栓连接在结构、受力和计算上的主要区别。2.为什么螺栓连接需要控制预紧力？常用的预紧力控制方法有哪些？3.分析螺栓连接中螺纹牙载荷分布不均的原因及改善措施。4.列举螺栓连接的主要失效形式，并说明受拉螺栓与受剪螺栓的失效形式差异。5.当螺栓连接的被连接件为铝合金时，设计中需注意哪些问题？四、计算题（每题10分，共30分）1.某松螺栓连接承受轴向静载荷F=8000N，螺栓材料为Q235钢（σs=235MPa，安全系数S=2），试确定螺栓的公称直径d（螺纹小径d1=0.84d，忽略螺纹应力集中）。2.某紧螺栓连接用于夹紧两个钢制被连接件（弹性模量E=200GPa），螺栓为M16（d1=13.835mm），性能等级8.8级（σs=640MPa，S=3），预紧力F'=20000N。已知被连接件总厚度δ=50mm，螺栓长度L=60mm（螺纹部分长度l2=35mm，光杆部分长度l1=25mm），工作载荷F=10000N，相对刚度系数Kc=0.25。试校核螺栓的强度，并计算剩余预紧力F''。3.如图1所示（注：假设为矩形分布的4个螺栓连接，螺栓中心距a=200mm，b=150mm，外力F=50000N作用于连接面中心右侧e=100mm处），试计算各螺栓所受的工作拉力（假设螺栓组对称布置，仅考虑倾覆力矩引起的拉力）。五、综合分析题（20分）某起重机吊臂与转台的连接采用8个M20（d1=17.294mm）螺栓，性能等级10.9级（σs=900MPa，S=3），螺栓材料的疲劳强度极限σ-1=320MPa，应力幅许用值[σa]=40MPa。已知连接承受轴向变载荷，工作拉力在0~Fmax之间变化，相对刚度系数Kc=0.3，预紧力F'=35000N。（1）计算螺栓的最大工作拉力Fmax（按静强度条件）；（2）校核螺栓的疲劳强度（应力幅σa=(KcFmax)/(πd1²/4)）；（3）若实际工况中螺栓出现疲劳断裂，分析可能的原因及改进措施。答案一、单项选择题1.A2.B3.A4.D5.A6.B7.A8.B9.C10.C二、填空题1.受拉；受剪；铰制孔螺栓2.公称抗拉强度的1/100（800MPa）；屈服强度与抗拉强度的比值（0.9）3.螺纹；螺母（或螺栓头）；摩擦；机械；永久4.小；小；有利5.拉伸；拉伸；扭转；第四强度理论（或当量应力）6.(2KcF)/(πd1²)三、简答题1.结构区别：普通螺栓连接的螺栓杆与孔间有间隙（孔径＞螺栓直径），铰制孔螺栓连接的螺栓杆与孔间无间隙（过渡或过盈配合）。受力区别：普通螺栓靠预紧力产生的摩擦力传递横向载荷，铰制孔螺栓靠螺栓杆受剪和挤压传递载荷。计算区别：普通螺栓校核拉伸强度（考虑摩擦力），铰制孔螺栓校核剪切和挤压强度。2.控制预紧力的原因：预紧力不足会导致连接松动、滑移或密封失效；预紧力过大会导致螺栓过载断裂。控制方法：扭矩法（通过控制拧紧扭矩间接控制预紧力）、转角法（通过控制螺母旋转角度）、伸长量法（测量螺栓伸长量）。3.载荷分布不均的原因：螺纹变形沿旋合长度方向不均匀，离螺母越近的螺纹牙变形越大，承受载荷越多。改善措施：采用悬置螺母（使螺栓与螺母的变形协调）、内斜螺母（减少末圈螺纹的载荷）、减小旋合长度（避免过多螺纹参与承载）。4.主要失效形式：螺栓杆拉断、螺纹牙剪切或压溃、螺栓杆剪切（受剪螺栓）、接合面压溃（被连接件）、疲劳断裂（变载荷）。受拉螺栓主要失效为杆部拉断或疲劳断裂；受剪螺栓主要失效为杆部剪切或挤压破坏。5.注意问题：铝合金硬度低，需增大螺栓头或螺母的接触面积（如加垫片）以防止压溃；铝合金热膨胀系数大，需考虑温度变化对预紧力的影响；避免电偶腐蚀（采用表面处理或绝缘垫片）；铝合金弹性模量低，需调整相对刚度系数以控制螺栓受力。四、计算题1.松螺栓仅受拉伸，强度条件：σ=4F/(πd1²)≤[σ]=σs/S=235/2=117.5MPad1≥√(4F/(π[σ]))=√(4×8000/(3.14×117.5))≈9.34mmd=d1/0.84≈11.12mm，取公称直径d=12mm（M12，d1=10.106mm，需验证：σ=4×8000/(3.14×10.106²)=100.5MPa≤117.5MPa，满足）。2.螺栓总拉力F0=F'+KcF=20000+0.25×10000=22500N当量应力σe=√(σ²+(0.5τ)²)，其中σ=4F0/(πd1²)=4×22500/(3.14×13.835²)=149.5MPaτ=1.3F0/(πd1²/4×tan(λ+ρv))（简化为τ≈0.5σ，因预紧时扭转切应力约为0.5σ）σe≈√(149.5²+(0.5×149.5)²)=166.8MPa许用应力[σ]=σs/S=640/3≈213.3MPa，σe＜[σ]，强度满足。剩余预紧力F''=F'(1-Kc)F=20000-0.75×10000=12500N。3.倾覆力矩M=F×e=50000×100=5×10⁶N·mm单个螺栓的最大拉力Fmax=M×(b/2)/(4×(a/2)²+4×(b/2)²)（假设螺栓分布在矩形四角，中心距a×b）螺栓到倾覆轴线的距离y=√((a/2)²+(b/2)²)=√(100²+75²)=125mm总惯性矩I=4y²=4×125²=62500mm²Fmax=M×y/I=5×10⁶×125/62500=10000N（其他螺栓拉力按距离比例分布）。五、综合分析题（1）静强度条件：σ=4F0/(πd1²)≤[σ]=σs/S=900/3=300MPaF0=F'+KcFmax=35000+0.3Fmaxσ=4×(35000+0.3Fmax)/(3.14×17.294²)≤300解得Fmax≤(300×3.14×17.294²/4-35000)/0.3≈(300×235.2-35000)/0.3≈(70560-35000)/0.3≈118533N（2）应力幅σa=(KcFmax)/(πd