机械设计答案西北工业大学第八版1

1、机械设计第五章课后习题5-1分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用5-2将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？5-2分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？5-4?图5-49所示的底板螺栓组联接受外力F2作用在包含x轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？5-5图5-50是由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个螺栓与立柱相联接，托架

2、所承受的最大载荷为KN,载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是较制孔用螺栓联接为宜？为什么？5-6已知托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为mm大小为60KN的载荷作用。现有如图5-51所示的两种螺栓不知型式，设采用较制孔用螺栓联接，试问哪一种不知型式所用的螺栓直径较小？为什么？5-7图5-52所示为一拉杆螺纹联接。已知拉丁所受的载荷F=56KN载荷稳定，拉丁材料为Q235钢，试设计此联接。5-8两块金属板用两个M12的普通螺栓联接。若接合面的摩擦系数f=0.3,螺栓预紧力控制在其屈服极限的70%螺栓用性能等级为4.8的中碳钢制

3、造，求此联接所能传递的横向载荷。5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力Fo=15000N,当受轴向工作载荷F=10000N时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。5-10图5-24所示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力P=0IMPa缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mm.下凸缘厚均为25mm试设计此联接。图5-24受轴向载荷的掾栓组联投5-11设计简单千斤顶（参见图5-41）的螺杆和螺母的主要尺寸。起重量为40000N,起重高度为200mm材料自选。图5-41螺能E器参考答案5-1:螺纹类型普通螺纹，点应用牙形为等力三角形，

4、牙型角60o,内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许肩较大的圆角，以减少应力留集中。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和,牙。细牙螺纹开角小，自锁性较好，搞剪强度高，且因牙细在耐磨，容易滑扣一般联接多用粗牙螺纹，细牙螺纹常用于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用管螺纹牙型为等腰三角形，牙型管联接用细牙普通螺纹薄壁管件角55o,内外螺纹旋合后无“向间隙，牙顶肩较大的非螺纹密封的55。圆柱管螺纹管接关、旋塞、阀门及其他附件用螺纹密封的55。圆锥管螺纹管子、管接关、旋塞、阀门及其他螺纹连接的附件米制锥螺纹气体或液体管路系统依靠螺纹密封的联接螺纹梯形螺纹牙型

5、为等腰梯形，牙侧角3o,内外螺纹以锥面巾紧(易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好最常用的传动螺纹锯齿形螺纹牙型/、为等腰梯形，工作面的牙侧用3o,非工作面的牙侧角30。外螺纹牙根肩较大的圆角，以减少应力集中。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。*有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根旨度高的j点只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动，如螺旋压力机5-2答：可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。5-3解：F=P-D2/z,用=稣+尸,=L3用心4)4G+q4最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。解工将风力等

6、效转化到底板面上，可知底板受到轴向力横向力弓,和候覆力矩！/(1)底板最左偏的煤栓受力最大，应验算该蝶栓的拉伸强度，要求接应力k£cr】*(2)应验算底板右偏边缘的最大挤应力要求最大挤压应力%陪£%；.(3)应脑算底板右侧边缘的最小济应力要求最小挤压应力4强01(G应验算底板在横向力作用下是否会滑移，要求摩擦力5A5,，5-5采用较制孔用螺栓联接为宜，因为托架所承受的载荷有较大变动，普通螺栓联接靠接合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩。由公式/缶+勺+勺)及挤压强度和剪切强度公式可以计算出此可求得螺栓的最小直径，较制孔用螺栓时，由公式时的最小直径，两个直径进行比较可得出钱制孔用螺栓

7、的直径小。螺栓组受到的剪力F和转矩T(T=FL),设剪力F分在各螺栓上的力为Fi,转矩T分在各个螺栓上的力为F热川(1)在图5.23(a)在螺栓布置方案中,各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离都为r,即r=125ni故pFi=l/6F=10KN*H=FL/6r=40侬，由图可知，最左和最右的蟀栓受力最大为.F2=40+10=50KN(2)对于图5.23(b).Fi.=l/6F=10K4FLrF/z=%也=244划£娟>-iF=小1+号+2'弓=33,6树由以上数什可以得出，采用图5.23(b)的布置型式所用的螺栓直径较小。.5-7解该题属于松螺栓联接的题目。拉伸强度条件为.

8、拉杆材料为Q235,其b=95MPa.#由公之=274X95X106Y4所以取螺栓选用的直径d=3。丽.解螺栓数目为2.接合面数为L取防滑系数为Ks：L2,性能等级为4.8的碳钢G=320MPa则螺栓所需技紧力F0为：温2乂/得出F三国包工112乂1/Nn1公5-9解采用愫垫片密封，取螺栓的相对刚度上一二6"由教材公式（5-18）.G+c.螺栓的息拉力1F=g+产=24000葡.0+C=由教材公式（5.15）,残余预紧力为*F1=F2-F=1400DN.5-10解（1）确定螺栓数工和直径di查教材5-5,螺栓间距Y7七取士064取512,则螺栓间距.“=92i?n"z螺栓直

9、径d=t0/6=92/6=15.331mb取*16师./（2）选择螺栓性能等级。选择螺栓性能等级为8.8级，查教材表5-8提4q=800A/Fs，5=640MPa/（3）计算螺栓上的载荷，作用在气缸上的最大压力可和单个螺栓上的工作载荷F分别为.，兀0F=中=73631双14.F9=上二6136方z取残余预紧力F1=L5H由教材公式Z（5-15）,螺栓的总载荷.F2#l+F二2.5F=2.5*613815340M（4）许用应力口技不控制预紧力确定安全系数.查教材表5-10,取S=4,在用拉应力.仃=色=160跖%/S（5）验算螺栓的强度。查手册，螺栓的大径上16m,小径dl=13.835血.取螺

10、栓公称长度IJOim由教材公式（5-19）,螺栓的计算应力当=132/7脑%TQ，满足强度条件。螺栓的标记为G5/T5782H6M16X70,螺栓数量e二125-11解：（1）选作材料。螺栓材料等选用45号钢3=3。?。螺母材料选用zcuA19Mn2t表确定需用压强P=15MPa.确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本题采用梯形螺纹。（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取3=2.5,根据教材式（5-45）得>0,8-=26.131.按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论，其强度条件为%二后谡M司但对中小尺寸的螺杆，可认为所以上式可

11、简化为%二13?=1.3。/%切=孑式中，A为螺杆螺纹段的危险截面面积，4;S为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋，S=3.5-5.0;对于传导螺旋，S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水平螺杆，S>4.本题取值为5.故14x1.350>I=33.2mm(5)综合考虑，确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果，可知本题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准，按国家标准GB/T5796-1986选定螺杆尺寸参数：螺纹外径d=44mm螺纹内径d1=36mn<纹中径d2=40.5mm螺纹线数n=1,螺距P=7mm.(6)校核螺旋的自锁能力。对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性

12、要求，以避免事故。本题螺杆的材料为钢，&二一rB螺母的材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数f=0.09(查机械设计手册)。因梯形螺纹牙型角6212,所以事=arctan理"=3,9、加？/*、g=arctanfy=arctan=519cos§因炉工R,可以满足自锁要求。注意：若自锁性不足，可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。(7)计算螺母高度H.因选即2/所以H=®2=1QL5懒，取为102mm®纹圈数计算：z=H/P=14.5螺纹圈数最好不要超过10圈，因此宜作调整。一般手段是在不影响自锁性要求的前提下，可适当增大螺距P,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准，耐磨性已相当富裕，所以可适当减低螺母高度。现取螺母高度H=70mnfl螺纹圈数z=10，满足要求(8)螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。根据教材表5-13,对于青铜螺母，这里取30MPa,由教材式(5-50)得螺纹牙危险截面的剪切应力为TvDbn满足要求螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校核。(9)螺杆的稳定性计