机械设计螺纹计算题答案

题15—7图题15—7图1、一方形盖板用四个螺栓与箱体连接，其结构尺寸如图所示。盖板中心0点的吊环受拉力F=20000N,设剩余预紧力F〃=0.6F,F为螺栓所受的轴向工作载荷。试求：Q(1)螺栓所受的总拉力F。，并计算确定螺栓直径(螺栓材料为45号钢，性能等级为6.8级)。(2)如因制造误差，吊环由0点移到0’点，且00'=5\：2mm,求受力最大螺栓所受的总拉力F。，并校核(1)中确定的螺栓的强度。解题要点：(1)吊环中心在0点时：此螺栓的受力属于既受预紧力F作用又受轴向工作载荷F作用的情况。根据题给条件，可求出螺栓的总拉力：F0=F〃+F=0.6F+F=1.6F而轴向工作载荷F是由轴向载荷Fq引起的，故有：200004N二5000N.・.F二1.6F二1.6x5000N二8000N0螺栓材料45号钢、性能等级为6.8级时，b=480MPa，查表11—5a取S=3,则s[b]=G/S=480/3MPa=160MPa,故smm=9.097mm兀x160；4x1.3F：4mm=9.097mm兀x160查GB196-81，取M12(d=10.106mm>9.097mm)。1(2)吊环中心移至0’点时：首先将载荷Fq向O点简化，得一轴向载荷Fq和一翻转力矩M,M使盖板有绕螺栓1和3中心连线翻转的趋势。M=F•00'=20000x5*2N•mm=141421.4N•mmQ显然螺栓4受力最大，其轴向工作载荷为/20000./20000.4~141421.421002+1002N=5500N丿F=1.6F=1.6x5500N=8800N0・•・b=1.3F0=1,3x8800MPa=142.6MPa<bL160MPae兀d2/4兀x10.1062/41故吊环中心偏移至O’点后，螺栓强度仍足够。分析与思考：(1)紧螺栓连接的工作拉力为脉动变化时，螺栓总拉力是如何变化的？试画出其受力变形图，并加以说明。C答：总拉力F0受力变形图见主教材图11-16,=F'+-1F=F〃+F答：总拉力F0受力变形图见主教材图11-16,C+-12

（2）提高螺栓连接强度的措施有哪些？这些措施中哪些主要是针对静强度？哪些主要是针对疲劳强度？答：措施有：1）改善螺纹牙间的载荷分配；2）减少螺栓的应力幅；3）采用合理制造工艺；4）避免附加弯曲应力；5）减少应力集中。第1）种措施主要对静强度，其余四种主要针对疲劳强度。残余预紧力2、如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：（1）当工作载荷为残余预紧力2000N时，求螺栓所受总拉力及被联接件间残余预紧力。（2）若被联接件间不出现缝隙，最大工作载荷是多少？3解:（1）由图可知预紧力F0二4000N，螺栓刚度Cb=tan300=，连接件刚度C=tan45o=lmC螺栓所受总拉力F件刚度C=tan45o=lmC螺栓所受总拉力F2二F0+c+bCF=4732.05NbmF二F-F二4732.05-2000二2732.05N12（2）如要使被连接件间不出现缝隙，即被连接件的变形量恰好为零，此时，残余预紧力为零，承受的工作荷载最大，且F=F2。根据上图几何关系得f2=4000（1+tan300）=6309.40N,即F二6309.40N3.气缸盖联接结构如图所示，气缸内径D=250mm，为保证气密性要求采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm、中径16.376mm，许用拉应力L]=120MPa,取剩余预紧力为工作拉力的1.5倍，求气缸所能承受的最大压强（取计算直径dc=d1）。螺栓总拉力FwL]x兀xd2/(4x13)01残余预紧力F〃二15F，F为螺栓工作拉力。F=F〃+F=15F+F=2.5F，F=F/2.500FW[4.5x13)=x兀xd2/1311=120x兀x152942/13=6783N汽缸压力为pp=（nxFx4）/（兀xD2）W12x6783x4/（兀x2502）=1.658MPa4.图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。吊架承受的载荷Q=10000N,螺栓材料为5.8级,Q235,oS=400MPa,安装时不控制预紧力，取安全系数[s]=4,SS取剩余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。许用拉应力订二罟二100MPaS2个螺栓，z=2,每个螺栓的工作载荷F=FQ=10000=5000Nz2剩余预紧力F]=0.4F=0.4X5000=2000N故得螺钉中总拉力F2=F+F]=5000+2000=7000N按强度条件，螺栓小径d（或d）3—[卜=--=10.764mm1/\i兀la」\i兀x1005、本小题10分刚性凸缘联轴器用6个普通螺栓联接。螺栓均匀分布在D=100mm的圆周上，接合面摩擦系数卩=0.15，考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）Kf=12。若联轴器传递的转矩T=150N.m，载荷较平稳，螺栓材料为6.8级，45钢，a$=480MPa，不控制预紧力，安全系数取[ss]=4，试求螺栓的最小直径。a