机械设计第七章答案

1、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

2、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

3、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？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

4、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。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（d1639mm）。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(sB /100，sB=

5、8×100MPa)，小数点后的数字8代表材料的屈服极限(ss)与抗拉强度极限(sB)之比值(屈强比 )的10倍（10ss/sB,ss=8sB/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

6、？题550图0b变形力FyDF1yDF2yDF0yDFyDF1yDF1yDFyD答：螺栓的数目z=4接合面的数目i=2题549图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。题551图q bFyDF1yDF2yDF0yDFF0yDa) 改变螺栓的刚度0b0mq m变形力b) 改变被联接件的刚度0b0mq bq m变形力

7、FyDF1yDF2yDF0yDFF0yDFF0yDF0yDFF0yDF0yD551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。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

8、，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

9、及螺母高度）通常是根据耐磨性条件确定的。四 、设计计算题 牵曳力题555图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 ，防滑系数Ks，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：ss=240MPa 查表510，S=1.556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！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

10、？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02MPa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F1=F，螺栓间距td(d为螺栓的大径)。螺栓材料的许用拉伸应力s=120MPa，许用应力幅sa= 20MPa。选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度Cb/（Cb+Cm）=0.8，试确定螺栓的数目和尺寸。题557图2525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sa：确定螺栓的数目和尺寸:查表题558图2238f13 055

11、8如图凸缘联轴器（GB/T58431986）的型号为YLD10，允许传递的最大转矩T=630N·m，两半联轴器采用4个M12的铰制孔用螺栓联接，螺栓规格为M12×60（GB/T271988），螺栓的性能等级为级，联轴器材料为HT200,试校核其联接强度。若改用普通螺栓联接，两半联轴器接合面间的摩擦系数f ，防滑系数Ks，试计算螺栓的直径，并确定其公称长度，写出螺栓标记。解：ss=640MPa采用铰制孔用螺栓联接 铸铁的sB=200MPa螺杆d0=13mm查表510钢：St=2.5 SP=1.25 t=ss/ St=640/2.5=256 MPasP= ss /SP=640/

12、1.25=512MPa铸铁：SPsP=s B/SP=2.5=10080 MPa单个螺栓所受的工作剪力F为：校核螺杆的剪切强度校核螺杆、联轴器的挤压强度Lmin=3822=16mm改用普通螺栓联接查表510按不控制预紧力，设d=16mm取S=4 s= ss /S=640/4=160MPa取M20，d1=mm>5mm (或取第二系列M18，d1=mm>5mm)与假设基本相符，不必修改安全系数S。螺栓的长度l>22×2+m+S=44+18+5=67 取l=7080mm螺栓标记：螺栓GB5788286 M20×70(或80)559如图所示，为一支架与机座用4个普通

13、螺栓联接，所受外载荷分别为横向载荷FR=5000N，轴向载荷FQ=16000N。已知螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=0.25，接合面间摩擦系数f，, 螺栓的性能等级为级，试确定螺栓的直径及预紧力F0。题559图解：ss=640MPa查表510，按不控制预紧力，设d=16mm取S=4 s= ss /S=640/4=160MPa（按控制预紧力取S=1.21.5 s=ss/S=640/1.21.5=533.33426.67 MPa）单个螺栓的轴向工作载荷F在横向载荷FR作用下，支架不下滑的条件：单个螺栓所受的总拉力F2确定螺栓的直径取M16，d1=mm>mm与假设相符。（控制预紧力时，取M

14、8，d1=mm>mm或M10，d1=mm>mm）560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s=120MPa。(1)求螺钉的总拉力F2。(2)如因制造误差，吊环由O点移到O点，求受力最大螺钉的总拉力F2max及螺钉的直径。题560图200200o¢解：(1)螺钉的总拉力F2(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在M作用下,左下角螺栓受加载作用，受到的载荷：受力最大螺钉所受的工作载荷Fmax受力最大螺钉所受的总拉力螺钉的直径取M10，d1=mm>m

15、m561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20000 N，问：（1）此联接采用普通螺栓还是铰制孔用螺栓为宜？（2）若用铰制孔用螺栓，已知螺栓材料为45号钢性能等级为级，试确定螺栓的直径。题561图150立柱解：每一边的载荷为10000 N（1）因载荷较大，若采用普通螺栓，则需要的预紧力很大，螺栓的直径很大。所以此联接采用铰制孔用螺栓为宜。（2）ss=480MPa查表510钢：St=2.5 SP=1.25 t=ss/ St=480/2.5=192 MPa sP= ss /SP=480/1.25=384MPa

16、将力F向形心简化F=10000NT=F·L=10000×300=3×106NmmF作用在每个螺栓中心处的横向力为FFT作用在每个螺栓中心处的横向力为FT由图可知，右边两个螺栓受力最大按剪切强度计算直径， ss=480MPa查表510钢：St=2.5 SP=1.25 t=ss/ St=480/2.5=192 MPa sP= ss /SP=480/1.25=384MPa取M8 d0=9mm>mm按挤压强度计算只要 即满足强度要求。562铰制孔用螺栓组联接的三种方案如图所示。已知L=300mm，a=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

17、少？那个方案较好？方案二aa题562图方案一方案三解：将力F向形心简化：横向载荷F旋转力矩T=F·L=300 F方案一：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FT如图示可知，螺栓3受力最大 方案二：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FT图示知螺栓1、3受力最大 方案三：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FT螺栓2受力最大由上述计算可知，方案三螺栓的Fmax较小，所以该方案较好。563如图所示，支座用4个普通螺栓固定在基座上，结构尺寸如图示，静载荷F=6KN，接合面间摩擦系数f=0.6，K

18、s=1.2, 螺栓的性能等级为6.8级；已知螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm。试计算此联接所需的螺栓直径和每个螺栓的预紧力。题563图200支座解: ss=480MPa查表510按不控制预紧力，设d=12mm取S=4.4s= ss/S=480/4.4=MPa查表57设基座为混凝土（或其他材料）sP=3.0MPa1、螺栓受力分析将F向接合面形心简化横向力轴向力倾覆力矩M= Fx· l=5×200=1039230Nmm单个螺栓轴向工作载荷分析在Fy作用下：:在M作用下：左侧的两个螺栓受的轴向力最大2、确定单个螺栓的预紧力F0按在Fx作用下不滑移确定F0，要求：按接合面左侧不离缝确定F0，要求：sPmin>0按不压溃确