第五章课后习题讲解机械设计

1、P82 课后习题,5.1 题图5.1(a)、(b)、(c)表示三种被联接件结构，其形状和有关尺寸如图所示，它们的材料均为铸铁，现欲用M12的螺纹联接件联接，为了防止松脱应使用弹簧垫圈。请确定联接类型，并从手册中查出所用联接件(包括弹簧垫圈)尺寸、画出正确的联接结构。,解: 本人所用资料均为：清华大学吴宗泽主编，机械设计课程设计手册（第3版），高等教育出版社，2006年5月出版 a 由P122表9-16可知，因为零件表面未精加工，所以为了避免螺栓承受偏心载荷，需要加工沉头座。,由该书P51页表3-27查得：沉头座尺寸d1=13.5mm，d2=26mm，高度可取为t=2mm。,由该手册P48页表3

2、-22查得标准型弹簧垫圈可标记为：垫圈 GB/T93 12（由表知其厚度为3.1mm）。,由P47页表3-19查得螺母可标记为：螺母 GB/T 6170 M12（厚度m=10.8mm）。,公称长度lm(前面查表知为10.8)+(3.1-2) +20+20-2=49.9mm,由P39页表3-9查得取l=55mm。螺栓可标记为：螺栓 GB/T 5782 M1255。,考虑扳手空间，由P161页表11-2查得：C1min=18mm,C2min=16mm,均取为C1=C2=20mm。,最后的连接结构a,b 同样道理需要加工沉头座且沉头座尺寸与垫圈规格与图5.1a完全一样。又由于下面零件结构不允许安装螺

3、母，所以必须采用螺钉结构。此处选用螺栓 GB/T 5782 M12l（螺栓此种情况下可以代替螺钉，而且一般螺钉很少有M12规格的，此处螺栓的公称长度l待定）。查该手册P52页表3-29知需要拧入深度（零件是铸铁）为L=18mm。于是公称长度l(3.1-2) +20+18=39.1mm,由P39页表3-9查得取l=45mm(因公称长度为45120mm）。,注意：此处也可选用内六角圆柱头螺钉，公称长度确定与上述方法类似，但此时应查P42页表3-14得该型号螺钉标记为：螺钉 GB/T 70 M1240。,思考此处为何下面零件要加工成通孔内螺纹？这是因为由P51页表3-28可见钻孔余留长度应为拧入深度

4、L+l2，其中需要攻内螺经纹深度为l1=3.5mm。则L1=L+l1=18+3.5=2120mm(零件壁厚），所以此时下面零件必须加工为通孔结构且全部攻丝加工出内螺纹）。,最后的连接结构b,图5-1 b也可采用内六角圆柱头螺钉结构,c 同样道理上面零件需要加工沉头座且沉头座尺寸与垫圈规格与图5.1a完全一样。又由于下面零件结构不允许加工沉头座，所以为避免偏载必须采用螺钉结构。此处选用螺栓 GB/T 5782 M12l（螺栓此种情况下可以代替螺钉，而且一般螺钉很少有M12规格的，此处螺栓的公称长度l待定）。查该手册P52页表3-29知需要拧入深度（零件是铸铁）为L=18mm。于是公称长度l(3.

5、1-2) +20+18=39.1mm,由P39页表3-9查得取l=45mm(因公称长度为45120mm）。,图5-1 c也可采用内六角圆柱头螺钉结构:螺钉GB/T 70 M1240,5.2 题图5.2为一刚性凸缘联轴器，凸缘间用铰制孔用螺栓联接，螺栓数目Z6，螺杆无螺纹部分直径d0=17mm，材料为强度级别为8.8级(35号钢)，两个半联轴器材料为铸铁，试计算联轴器能传递的转矩。若欲传递同样的转矩，而采用普通螺栓联接时，试确定螺栓直径。,解:当采用受剪螺栓时，可忽略接合面上的摩擦力，由教材书上P71页公式5.35或（由于均布）直接得到每个螺栓所受的工作剪力为 Fsmax=T/(6r) (1)由

6、剪切强度条件： 由教材P66页表5-4： 由教材P56页表5-1知屈服强度极限为：,(2)由挤压强度条件： 由表P66页表5.4知： 由表5.1对螺栓： 由表5.1对被连接件： （由手册P25页表2-3知，铸铁的最小抗拉强度为80MP） 可见被连接件先被压溃，所以应取320MPa为允许许用挤压力，于是得到,手册P25页表2-3知,综合（1）和（2）得螺栓可承受的最大剪力为 所以联轴器可承受的最大力矩为：,若承受同样力矩，当采用普通螺栓时要求确定螺栓直径。由P70页公式（5.31）得预紧力应为：,由P65页表5.3查得许用应力 P70页表5.6查得： 取,可是依题意，从结构上考虑不允许在此圆周上

7、放置6个小径为70mm的螺栓。,5.3 一气缸和气缸盖的联接结构如题图5.3所示。已知气缸内压力在0lMPa之间变化，螺栓间距离不得小于150mm，试确定螺栓数目及直径。,解：依题意螺栓数zmax=6，由P64页表5.2查得:,作用在单个螺栓上的轴向载荷为,由教材P65页表5.3, , 由P56表5.1:,由P68页表5.5取,由P68页表5.5优先取第一系列M24螺栓。,由清华手册由P35页表3-1查得螺栓可标记为：螺栓 GB/T 5782 M24。,由下图知结构允许。,由于是变载荷，需进行疲劳强度计算，由清华手册表3-1查得M24粗牙螺栓的小径d1=20.752mm，所以,由教材P65公式

8、(5.26):,由教材P65表(5.3):,5.4 题图5.4为一托架，20kN的载荷作用在托架宽度方向的对称线上，用四个螺栓将托架联接在一钢制横梁上，试确定应采用哪种联接类型，并计算出螺栓直径。,解(1)轴向载荷 Q=20000N 倾覆力矩 M=0.3Q=6000Nm (2)计算受力最大螺栓承受的工作载荷F Q使每个螺栓所受工作载荷均，其值为 F1=Q/z=20000/4=5000N 由于M的作用，右侧2个螺栓拉力增大，左侧2个螺栓拉力减小，其值为 F2=Ml/(4l2)=6000/4/0.2275=6593.41N 右侧二螺栓所受轴向拉力最大，均为 F=F1+F2=11593.41N,（3）确定每个螺栓的预紧力F。根据教材P64页由于是静载紧固连接，要求剩余预紧力F=(0.20.6)F。再由表5.2得,初取F=11000N。,(4)检查接合面上的挤压应力。左端边缘是否会被压溃、右端边缘是否会出现间隙。 由F、F、M形成的挤压应力分布如图。,接合面右端的挤压应力最小，为,所以需要加大预紧力，取F=20000N,接合面左端挤压应力最大，为,由表P72页表5.7，得,根据手册P26页表2-6：,可见接合面不会被压坏。（5）求螺栓直径。由