机械设计作业集第5章答案

机械设计作业集第5章答案

机械设计作业集

第五章螺纹联接和螺旋传动

一、选择题

5—1螺纹升角3增大，则联接的自锁性传动的效率C。

A、提高B、不变C、降低

5—2在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是A、三角形螺纹

B、梯形螺纹

C、锯齿形螺纹

DoD、矩形螺纹

Ao

C、螺钉联接

D、紧定螺钉联接

C,传动的效率A；牙型角

增大，则联接的自锁性

A,

5—3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、双头螺柱联接

B、螺栓联接

Co

B、增加螺纹联接的横向力D、增加螺纹联接的刚度

B防松，串联钢丝为

Bo

C作用。

B防松。

5-4螺纹联接防松的根本问题在于

A、增加螺纹联接的轴向力C、防止螺纹副的相对转动5—5对顶螺母

为A防松，开口销为

A、摩擦B、机械C、不可拆

5—6在较制孔用螺栓联接中，螺栓杆与孔的配合为

A、间隙配合B、过渡配合

C、过盈配合

5-7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

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5-8受横向工作载荷的普通紧螺栓联接中，

依靠

A、接合面间的摩擦力

B、螺栓的剪切和挤压

A来承载。

C、螺栓的剪切和被联接件的挤压

5—9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

横向工作载荷的校制孔

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

A、工作载荷

B、预紧力C、工作载荷+预紧力

Cb与被联接件的刚度Cm相等，

F等于预紧力F0时，则D。

D、工作载荷+残余预紧力E、残余预紧力

5-10受轴向工作载荷的普通紧螺栓联接。假设螺栓的刚度联接的预

紧力为F0,要求受载后接合面不分离，当工作载荷

A、联接件分离，联接失效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

D、便于装配

5-11重要的螺栓联接直径不宜小于M12,这是因为Co

A、要求精度高B、减少应力集中C、防止拧紧时过载拧断

Do

B、被联接件即将分离，联接不可靠

5-12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

Do

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

5-13对于工作载荷是轴向变载荷的重要联接,

的应力变化规律按Co

A、r=常数B、

m=常数

螺栓所受总拉力在

F0与F2之间变化，则螺栓

C、

min

=常数

5-14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、减小Cb和Cm

Cb,减小被联接件的刚度D、增大Cb和Cm

班级姓名学号

成

绩

CmB、减小Cb,增大Cm

5—15有一汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0~2MPa之间变化，

则螺栓中的应力变化规律为Co

任课教师批改日期

-1-

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A、对称循环B、脉动循环C、非对称循环D、非稳定循环

5-16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，力幅a与预紧力F0为D。

A、C、

aa

则螺栓的应

增大，预紧力F0应适当减小B、

aa

增大，预紧力减小，预紧力

F0应适当增大F0应适当增大

减小，预紧力F0应适当减小D、

5-17螺栓联接螺纹牙间载荷分配不均是由于

D、螺母和螺栓变形性质不同

5-18螺栓的材料性能等级为

Do

A、螺母太厚B、应力集中C、螺母和螺栓变形大小不同

6.8级，则螺栓材料的最小屈服极限近似为

Ao

D、减小挤压应力

Ao

A、480MPaB、6MPaC、8MPaD>0.8MPa

5—19采用凸台或沉头座作为螺栓头或螺母的支承面，是为了

A、避免螺栓受弯曲应力

B、便于放置垫圈

C、减小预紧力

5—20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

Do

B、螺母的螺纹圈被剪断D、螺纹工作面被磨损

D、受力均匀

5-21传动螺旋工作时，其最主要的失效形式为

A、螺杆的螺纹圈被剪断C、螺纹工作面被压碎

二、填空题

5—22三角形螺纹的牙型角=60。，适用于联接；而梯形螺纹的牙型角

=30。，适用于传动。5—23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。5—24常用螺纹的类型主要有齿形螺纹。

普通螺纹、米制锥螺纹

、管螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、和锯

小，这螺纹升角中

5-25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

螺纹的牙型斜角主要是为了减小当量摩擦系数，提高传动效率。5—26若

螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数已定，和牙型斜角（牙侧角）。

则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的

5-27螺纹联接的拧紧力矩等于螺纹副间的摩擦阻力矩圈)支承面间

的摩擦阻力矩T2之和。

T1和螺母环形端面与被联接件(或垫

5-28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。

5—29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。

5—30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。5—31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；较制孔用螺栓联接承受横向工作载荷

时，依靠较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)。

F,螺栓的相对刚度为Cb/5—32有一单个紧螺栓联接，已知预紧力为

F0,轴向工作载荷为(Cb+Cm)，则螺栓所受的总拉力F2=F0+FCb/(Cb+Cm),

而残余预紧力Fl=F0-FCm/(Cb+Cm)。

若螺栓的螺纹小径为dl,螺栓材料的许用拉伸应力为口，则其危险截

面的拉伸强度条件式为

4

1.3F2dl

2

5-33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

班级姓名学号

成绩

任课教师批改日期

-2-

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螺栓的刚度或增大被联接件的刚度。F和残余预紧力F1一定时，提高

螺栓的疲劳强度，可以减小

5—34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。5-35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。5—36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。

5-37进行螺栓组联接受力分析的目的是进行强度计算。

求出螺栓组中受力最大的螺栓及其所受的力，以便

5-38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结合面间受力均匀，便于加工

和装配；应考虑的主要问题有①联接结合面设计成轴对称的简单几何形状;

②螺栓的布置应使各螺栓的受力合理；③螺栓的排列应有合理的间距、边

距；④分部在同一圆周上螺栓数目应取成4、6、8等偶数。5—39螺栓联

接件的制造精度共分为常装拆、调整或承受变载荷的联接。

A、B、C三个精度等级，其中

B级多用于受载较大且经

三、分析与思考题

5—40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5—1。：

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。

5—41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。

5-42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。

5-43普通螺栓联接和校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:

①接合面滑移②螺栓杆被拉断计算准则：承载条件

F0

K

S

F

螺杆的拉伸强度

1.3F0

dl

2

if

4

较制孔用螺栓联接的主要失效形式：①螺杆被剪断计算准则：

F

螺杆的剪切强度螺杆与孔壁接触面的挤压强度

d4

20

②螺杆与孔壁接触面被压溃（碎）

F

P

dOLmin

P

5-44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

班级成绩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。

5-45松螺栓联接和紧螺栓联接的区别是

姓名学号

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-3-

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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。

5-46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F

F0

CbCb

Cm

F,即同方向(不变号)的非对称循环变载荷，

0<r<l；所受到的横向工作载荷r=lo

含义是什

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，

5—47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

等级数字代号的么？

答：与之相配的螺母的性能等级应为

8级或9级(d>16〜39mm)。

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

1/1OO(B/1OO,B=8X100MPa),

小数点后的数字8代表材料的屈服极限⑸与抗拉强度极限⑻之比值

(屈强比)的10倍(10s/B,s=8B/10=640MPa)。5—48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。

5—49图示螺栓联接结构中，进行预紧力计算时，螺栓的数目答：螺

栓的数目z=4

接合面的数目i=2力

z、接合面的数目

i应取多少？

F

F

F

F

b

b

F

F

m

m

2

F

F

1

F

1

F

1

Ob

题5—49图

题5—50图

变形

5—50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（螺栓联接的静强度提高；残余预紧力的

刚度则相反。

b

）或增大被联接件的刚度O,螺栓的总拉力F2减小，m

Fl减小，联接的紧密性下降。增大螺栓刚度或减小被联接件

班级姓名学号

成绩

任课教师批改日期

-4-

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5-51紧螺栓联接所受轴向变载荷在。〜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。

力

F

力

FF

△

△

F

F

△

F

y

F

2

△

y

F

2

F

b

y

F

y

m

y

变形

b

F

1

y

Ob

F

yFy

m

y

变形

F

m

1

y

b

Ob

a）改变螺栓的刚度

OmOm

b）改变被联接件的刚度

题5—51图

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（b）,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4F,提高螺栓联接的疲劳m）强度。

5—52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，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8〜10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：①悬置螺母；

②内斜螺母；③环槽螺母。

5-53受倾覆力矩的螺栓组联接应满足哪些不失效条件？

1.3F2答：①螺杆不被拉断；

dl4

2

②结合面受压最大处不被压溃（碎）；

ZF0

Pmax

MW

P

A

ZFO

③结合面受压最小处不离缝。

Pmin

MW

A

5—54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。

班级姓名学号

成

绩

任课教师批改日期

-5-

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四、设计计算题

5—55一牵曳钩用2个M10（dl=8.376mm）的普通螺栓固定于机体上。

已知接合面间摩擦系数=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。

牵曳力F

解:

s=240MPa查表5—10,S=1.2~1.5

2401.2~1.5

S

200-160MPa

题5—55图

S

由强度条件：=

1.3F0

dl4

2

由承载条件：

F0F0F

dll.3

2

3.144

8.376

2

(200-160)4

1.3

8472.85~6778.28N

KSFfzF0fzK

S

(8472.85~6778.28)

1.2

0.152

2118.21~1694.57N

Fmax

2118.21~1694.57N

F=1000N作用的普通紧螺栓联接，已知螺栓

F2和残余预紧力错误！链

5—56有一受预紧力F0=1000N和轴向工作载荷

的刚度Cb与被联接件的刚度Fmax为多少？解：

总拉力

F2

Cm相等。试计算该螺栓联接所受的总拉力

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

F0

CbCb

CmCb

CmCm

F1000

1212

1OOO15OON

残余预紧力

FIFO

F10001000500N

被联接件不离缝时的Fmax:F1

FO

CmCbCb

Cm

CmCm

FmaxO

F

max

F0100022000N

班级姓名学号

成绩

任课教师批改日期

-6-

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5—57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0〜2MPa之间变化，气缸内径D=500mm,螺栓分布直径

为保证气密性要求，残余预紧力螺栓间距〈

D0=650mmoF1=1.8F,t4.5d(d

为螺栓的大径)。螺栓材料的许用拉伸应力口=120MPa,许用应力幅[a]=

选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度试确定螺

20MPaoCb/(Cb+Cm)=0.8,

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

P

F(16)

P

F(24)

D4ZD4Z

2

2

2

F为：

2

23.144

5001650024

52

24531.25N

52

P

23.144

D

16354.17N

题5—57图

DO

单个螺栓所受的总拉力

F2(16)F2(24)

F1F1

FFdl：

F2dl4

dl(16)

4

2

F2为：1.8F1.8F

FF

2.8F2.8F

2.82.8

24531.2516354.17

68687.5N

45791.67N

所需的螺栓直径

1.3

1.3F2

41.368687.5120

30.788mm

dl(24)

4

1.3F2

41.345791.67120

25.1385mm

查表M36dl(16)M30dl(24)

31.670mm26.211mm

30.788mm25.1385mm

校核螺栓间距

t(16)

t

D0ZD0Z

a：

6501665024

127.5625mm4.5d4.536162mm

t(24)

85.04mm4.5d4.530135mm

校核应力幅

a(16)

CC

b

b

2FC

m

dl2F

2

0.8

216354.1731.670

2

8.31MPa

a

20MPa

C

a(24)

b

C

b

C

m

dl

2

0.8

216354.1726.211

2

12.13MPa

a

20MPa

确定螺栓的数目和尺寸查表

Z或Z

100或90mm

班级姓名

成绩

16M36124M30I

任课教师批改日期

90mm

学号

-7-

机械设计作业集

5—58如图凸缘联轴器(GB/T5843—1986)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的较制孔用螺栓联接，

螺栓规格为M12X60(GB/T27—1988),螺栓的性能等级为8.8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=0.15,防滑系数Ks=1.2,试计算螺栓的直径，并确定

其公称长度，写出螺栓标记。

38解：s=640MPa

22采用较制孔用螺栓联接

铸铁的B=200MPa螺杆dO=13mm

查表5—10

钢：S=2.5SP=1.25[]=s/S=640/2.5=256MPaa

铸铁：SP=2.0~2.5[P]=B/SP=200/2.0〜2.5=100〜80MPa单个螺栓所受

的工作剪力F为：

F

Tr

Z

max

2

[P]=s/SP=640/1.25=512MP

24

130

63010

3

31

2423.08N

题5—58图

ri

il

校核螺杆的剪切强度

FdO

2

2423.08

134

2

18.26MPa

安全

4

校核螺杆、联轴器的挤压强度

F

P

Lmin=38-22=16mm

11.65

P

2423.08

min

dOL1316

安全

改用普通螺栓联接

查表5—10按不控制预紧力，设

由承载条件:

F

K

SZ

d=16mm取S=4

1.2

6304

130

2

0.15

［卜

10

3

s/S=640/4=160MPa

Tri

19384

.62N

f

ilO

由强度条件：=

1.3Fd4

21

d

4

1

1.3F

41.319384160

.62

14.165mm

取M20,dl=17.294mm>14.165mm（或取第二系列M18,

dl=15.294mm>14.165mm）与假设基本相符，不必修改安全系数S。

螺栓的长度l>；22X2+m+S=44+18+5=67取l=70-80mm螺栓标记：螺

栓

若按控制预紧力，取

GB57882—86M20X70（或80）

S

=1.2~1.5,

6401.2~1.5

533.33~426.67MPa

S

dl

41.3F0

41.319384.62(533.33-426.67)

8.376mml0.106mmGB5882—86GB5882—86

7.7586mm8.674mmM10M12

70(或80)

7.7586~8.674mm

取MIO,dl取M12,dl标记：螺栓

螺栓

班级姓名学号

成绩

任课教师批改日期

70(或80)

-8-

机械设计作业集

5—59如图所示，为一支架与机座用4个普通螺栓联接，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=0.15,Ks=1.2,螺栓的性能等级为8.8

级，试确定螺栓的直径及预紧力F0。

解：s=640MPaFR

查表5—10,

按不控制预紧力，设d=16mm取S=4

[]=s/S=640/4=160MPa

（按控制预紧力取S=1.2~1.5

[]=s/S=640/1.2-l.5=533.33-426.67MPa）

单个螺栓的轴向工作载荷

FFQ

ZF4000N

题5—59图FQ160004

在横向载荷FR作用下，支架不下滑的条件：

残余预紧力fFlZFlKsFRKsFRfZl.25000410000N0.15

单个螺栓所受的总拉力

F2

确定螺栓的直径

4F210000400014000NFlFdll.3F241.31601400012.04mm（控制预紧力时

6.593-7.371mm）

取M16,dl=13.835mm>12.04mm与假设相符。

（控制预紧力时，取M8,dl=6.647mm>6.593mm或M10,

dl=8.376mm>7.371mm）

Cb

CbCm预紧力F0Fl（l-）F10000（l-0.25）400013000N

班级

姓名

学号成绩任课教师批改日期

-9-

机械设计作业集

5—60如图所示，方形盖板用四个螺钉与箱体联接，盖板中心0点的

吊环受拉力要求残余预紧力为工作拉力的0.6倍，螺钉的许用拉应力

[]=120MPao

(1)求螺钉的总拉力F2。

⑵如因制造误差，吊环由及螺钉的直径。

。点移到。'点

5

F=10kN,

2mm,求受力最大螺钉的总拉力F2max

解：⑴螺钉的总拉力

F2

F1

FZ

F2

1)

104

4kN

002

(0.6

F

(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

M

10

5

2

50

2Nm

200

题5—60图

在M作用下，左下角螺栓受加载作用，受到的载荷:

FM

M2r

502

2100

102

3

250N

受力最大螺钉所受的工作载荷

Fmax

FM

FZ

250

Fmax

100004

2750N

受力最大螺钉所受的总拉力

F2max

(0.6

l)Fmax

1.6

2750

4400N

螺钉的直径

4

1.3F2max

4

1.3120

4400

dl

7.792mm

取MIO,dl=8.376mm>7.792mm

班级姓名学号

成绩

任课教师批改日期

-10-

机械设计作业集

5—61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20000N,问：

（1）此联接采用普通螺栓还是较制孔用螺栓为宜？（2）若用较制孔

用螺栓，已知螺栓材料为45号钢性能等级为6.8级，试确定螺栓的直径。

解：每一边的载荷为

10000N

立柱

300

（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。所以此联接采用较制孔用螺栓为宜。（2）s=480MPa

查表5—10钢：S=2.5SP=1.25[]=s/S=480/2.5=192MPa

[P]=s/SP=480/1.25=384MPa

将力F向形心简化

F=10000N

6

T=F?L=10000X300=3XlONmmF作用在每个螺栓中心处的横向力为

FF

FZ

100004

2500N

F

51

150

FF

T作用在每个螺栓中心处的横向力为

FT

Tr

zmax

2

FT

题5—61图

Tzr

4

31075

6

7071.07N2

ri

il

由图可知，右边两个螺栓受力最大

Fmax

F

2F

FT

2

2FFFTcosl35

s=480MPa

9013.88N

TFT

FF

Fmax

按剪切强度计算直径，

查表5—10

钢：S=2.5SP=1.25[]=s/S=480/2.5=192MPa

[P]=s/SP=480/1.25=384MPa

F

Fmax

max

d4

dO

取M8

20

4Fmax

49013.88192

7.7334mm

d0=9mm>7.7335mm

按挤压强度计算

F

P

max

P

min

dOLFd

只要即满足强度要求。Lmin

max

P

9013.889

384

2.6mm班级姓名学号

成

绩

任课教师批改日期

-11-

机械设计作业集

5—62皎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

多少？那个方案较好？

L

F

1

2

3

L

F

L

F

1

r

a

a

a

aaaa

12

3

3

2

方案一方案二

方案三

题5—62图

解：将力F向形心简化：横向载荷方案一:

FZ

F3

F旋转力矩T=F?L=300F

FF

FT1

2FF

3

横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为

FF

T在每个螺栓中心处的横向力为

FT1、3

Trmax

z

FT60

2.5F

FT2

F3

T2a

300F2

FF

FF

5F2

17F6

FmaxFT

ri

il

2

如图示可知，螺栓3受力最大FmaxFFFT2.83F

1

方案二：

横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为

FF

FZ

F3

FT

FF

FF

2

Fmax

FF

T在每个螺栓中心处的横向力为

FT1、3

Trmax

z

FTT

300F2

60

2.5F

FT2

FT

3

ri

il

2

2a

FF

2

2

图示知螺栓1、3受力最大

FmaxFF

2

FT

2

F3

5F2

Fmax

2.52F

1

FT

FF

FT

3

方案三：

横向载荷F在每个螺栓中心处的横向力为

FF

FZ

F3

FF

T在每个螺栓中心处的横向力为

FT1、2、3

Trmax

FT300F3

60

5F3

FF

FT

Fmax

班级姓名

成

绩

2FF

T3a

ri

il

2

螺栓2受力最大

Fmax

FF

2

FT

2

FFFTcosl50

1.96F

任课教师批改日期

1

由上述计算可知，方案三螺栓的Fmax较小，

学号

-12-

机械设计作业集

所以该方案较好。

5—63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,Ks=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)=0.2。试计算此联接所需的螺栓直径

和每个螺栓的预紧力。解:s=480MPa

F

查表5—10按不控制预紧力，设d=12mm取

S=4.4[]=s/S=480/4.4=109.09MPa

30查