机械设计作业答案

机械设计作业集- 1 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期第五章 螺纹联接和螺旋传动一、选择题 51 螺纹升角 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 D 。A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹53 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 C 。A、增加螺纹联接的轴向力 B、增加螺纹联接的横向力 C、防止螺纹副的相对转动 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，串联钢丝为 B 防松。A、摩擦 B、机械 C、不可拆56 在铰制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为 B 。A、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58 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59 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 ；受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接中，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 D 。A、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 F0，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 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511 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、减少机械设计作业集- 2 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期应力集中 C、防止拧紧时过载拧断 D、便于装配512 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 C、防止松脱 D、计入扭转剪应力513 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 F0与 F2之间变化，则螺栓的应力变化规律按 C 。A、r = 常数 B、 m=常数 C、 min=常数514 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 C b，减小被联接件的刚度 C m B、减小 C b，增大 C m C、减小 C b和 C m D、增大 C b和 C m 515 有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在 02MPa 之间变化，则螺栓中的应力变化规律为 C 。A、对称循环 B、脉动循环 C、非对称循环 D、非稳定循环516 当螺栓的最大总拉力 F2和残余预紧力 F1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 F0为 D 。A、 a增大，预紧力 F0应适当减小 B、 a增大，预紧力 F0应适当增大C、 a减小，预紧力 F0应适当减小 D、 a减小，预紧力 F0应适当增大517 螺栓联接螺纹牙间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 A 。A、480MP a B、6 MP a C、8 MP a D、0.8 MP a519 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） ，这主要是为了 C 。A、外形美观 B、购买方便 C、便于加工和安装 D、受力均匀 521 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 522 三角形螺纹的牙型角 = 60 ，适用于 联接 ；而梯形螺机械设计作业集- 3 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期纹的牙型角= 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 小 径。524 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 小 ，这主要是为了 减小当量摩擦系数，提高传动效率 。526 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 螺纹升角 和 牙型斜角 （牙侧角） 。527 螺纹联接的拧紧力矩等于 螺纹副间的摩擦阻力矩 T1 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 T2 之和。528 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 。529 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 拉 应力和 扭切 应力作用。531 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 ；铰制孔用螺栓联接承受横向工作载荷时，依靠 铰制孔用螺栓抗剪切 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 F0，轴向工作载荷为 F，螺栓的相对刚度为 Cb/（ Cb+Cm ） ，则螺栓所受的总拉力 F2 = F0+FCb/（ Cb+Cm ） ，而残余预紧力F1 = F0-FCm/（ Cb+Cm ） 。若螺栓的螺纹小径为 d1，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 。234.533 受轴向工作载荷作用的紧螺栓联接，当预紧力为 F0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 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 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。537 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 。538 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机械设计作业集- 4 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期结合面间受力均匀，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 。539 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 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 P60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。541 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。542 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。543 普通螺栓联接和铰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：承载条件 螺杆的拉伸强度铰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 螺杆与孔壁接触面的挤压强度544 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？Pmin0PLdF204dF21043dF.ifFKS0机械设计作业集- 5 -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。545 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 F0的拉伸而产生的拉应力外还受摩擦力矩 T1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。546 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，即同方向（不变号）的非对称循环变载荷， 0r1；所受到的横FCmb0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 1639 mm） 。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=8100MPa)，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=640 MPa） 。548 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。549 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=4接合面的数目 i=2FF题 549 图题 550 图0bm变形力F yDF1 yDF2 yDF0 yDF yDF1 yDF1 yDF yD机械设计作业集- 6 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期550 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 F0一定时，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（ ）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 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。551 紧螺栓联接所受轴向变载荷在 0 F 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。答：在总拉力 F2、残余预紧力 F1不变时,a)如图示，减小螺栓的刚度（ ） ，增大预紧力 F0，可减小 F，提高螺栓联接的疲劳强度。 b)如图示，增大被联接件的刚度（ ） ，增大预紧力 F0，可减小 F，提高螺栓联接的疲劳强度。552 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b mm题 551 图bF yDF1 yDF2 yDF0 yDF F0 yDa) 改变螺栓的刚度0b 0mm 变形力b) 改变被联接件的刚度0b 0mb m变形力F yDF1 yDF2 yDF0 yDF F0 yDF F0 yDF0 yDF F0 yDF0 yDb机械设计作业集- 7 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期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。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。553 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；结合面受压最大处不被压溃（碎） ；结合面受压最小处不离缝。554 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 一牵曳钩用 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 Fmax。解： s=240MPa 查表 510，S=1.21.5牵曳力 F题 555 图MPa.S1602140 由 承 载 条 件 ： 由 强 度 条 件 ： N. N.KfzF .dF57169428max 571694282150)8( 28675842431160)(2684314.3SS021000WMAZFminPPax04312dF.机械设计作业集- 8 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期556 有一受预紧力 F0=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 C b与被联接件的刚度 C m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！链接无效。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？解：557 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 02MP a 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 F 1=1.8 F，螺栓间距 t 4.5 d (d 为螺栓的大NCmbb 50120012 残 余 预 紧 力 总 拉 力 NCFmb201:ax0aax1 被 联 接 件 不 离 缝 时 的机械设计作业集- 9 -班 级 成 绩姓 名 任 课 教 师学 号 批 改 日 期径)。螺栓材料的许用拉伸应力=120MP a，许用应力幅 a= 20MPa。选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度 C b/（ C b+Cm）=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 为：单个螺栓所受的总拉力 F2为：所需的螺栓直径 d1：查表 校核螺栓间距 t校核应力幅 a：题 557 图2525 D0pN.ZDpF.17635440132242(24) 22(16) N.F 6745911638882(24)16 m.F.d . 1385210674593314832(2)12(16)2 m.d.m.ZDt . 135045048265 62