机械设计复习题(一)

螺纹连接

1、一压力容器蛊螺栓组连接如下图，容器内径D=250mm,内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16

（J,=13.835mm）的普通号阳二K广力［b］=180M&,螺栓的相对刚度C〃/（J+q.）=0.5,按

紧密性要求，剩余预紧力6=1.83F,产为螺栓的轴向工作载荷。试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强

Pmax及每个螺栓连接所需的预紧力外。

1.计算每个螺栓允许的最大总拉力：4x1.3/4x1,3x24000

1、计算容器内液体最大压强（J=-------------=--------------------------

2.如下图的矩形钢板，用4个嘲开X17.2941、尺寸关系

如下图〔单位：mm）,钢板悬臂

1）螺栓组受哪几种外蒙=1033N1

2）找出受力最大的螺栓并求出其所尽的切应力？（5分）

1.螺栓组受到两种外载荷作用：lFn

①横向力F=FL16kN—A

I-------'1----12。~c----1

②1专矩T=F（300+—）=1603x360=5.76x106N-mm

2

2）由横向力”引起的各螺栓所受的剪力匕相等：

由于各螺和的力矩上J1等，由转矩14起的各螺栓所受的剪力吊相等：Y

月二Fjmax^%max•々°」~

所以，可得耳=工=5.76xl1=i6973N

化4x60V2

由图示受力分析可知，螺栓2和4受力最大，其所受剪力的合力为:

其切应力为:=57.7MPa

3.下列图表示两平板用2个M20的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N,假设取接合面间的摩擦系数

/=。2,可靠性系数Ks=L2,螺栓材料的的许用应力［。］=2N/mm2平安系数S=2,螺栓的小径di=l7.294mm。

试校核螺栓的强度。

解：螺栓预紧后，接合而所产生的摩擦力等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F0,

那么由平衡条件得：

受预紧力螺栓强度为：

所以，该螺栓联接件满足强度条件。

4.（15分）有一受预紧力F。和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，预紧力F°=1000N,螺栓的

刚度Cb与连接件的刚度Cm相等，轴向工作载荷F=1000N,试计算该螺栓所受的总拉力F?

=?剩余预紧力1；1=?在预紧力凡不变的条件下，假设保证被连接件间不出现缝隙，该螺栓

的最大轴向工作载荷F皿为多少？

(Fl=F0-(l-Cb/(Cb+Cm))F>=0)

5.（15分）图3-1示螺栓联接中,采用两个M20的普通螺栓,其许用拉应力[。]=160N/mm%

联接件接合面间摩擦系数f=0.20,防滑系数（=1.2,计算该联接件允许传递的静载荷F

=?（M20的螺栓5=17.294nlm）（10分）

螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各螺栓所需

预紧力均为F.

那么由平衡条件

yiigznN&EF可得

（4分）

螺栓危险截面的强度条件为

篝由于是得（4分）

6—钢制液压油缸,缸内油压P=2.5MPa（静载）,油缸内径口=油5mm,缸盖由6个M16的

螺钉联接在缸体上.螺钉刚度M与缸体缸盖的刚度之比为1/4,螺钉材料的性能等级为

56级,平安系数取S=L5,M16螺钉的小径&=13.835mm.假设根据联接的紧密性要求,

要求剩余预紧力QJ>L5F.试分析预紧力Q,应控制在什么范围内才能满足此联接的要求？

解

L计算单个螺钉的工作拉力F（2分）

油缸盖联接所受的载荷Fx=P7iD74,每个螺钉的工作拉力F=Fx/6=pX7iD74/6=2.5

n（125）2/4/6=5113.27N

2.计算允许的螺钉最大总拉力Q（2分）

螺钉材料性能等级为5.6级，as=300MPa,许用应力㈤=^75=300/1.5=200MPa.由强度

条件5a=L3Q/（nd2/4）W[aj

Q^nd2[o]/4/l.3=7ixl3.8352X200/4/1.3=23127.83N

3.求预紧力Q0的允许范围（2分）

1）按螺钉强度条件求允许的最大预紧力

Q=QP+Cb/（C..+CJFW23127.83N

・・・QuW23127.83-0.2F=23127.83-0.2x5113.27=22105.17N

2）按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，QJ21.5F

・•・Q..=Q„-C„/（Cb+CJF=Q「0.8F2L5F

即QP>1.5F+0.8F=2.3F=11760.52N

由以上计算结果可知，预紧力Q,应控制为

11760.52NWQ；W22105.17N

二传动分析题

2图示为手动钱车中所采用的蜗杆传动。〃尸8mm,d=80mm,2尸1,7=40,卷筒的直径氏250mm,

试计算：(1)欲使重物上升应转动蜗杆的转数；(2)设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系

数为0.18,检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；(3)设重物重C5kN,通过手柄转臂施加

的力片100N,手柄转臂的长度1的最小值(不计轴承效率)。

(1)重物上升1m时，卷

筒转动圈数:N2=1000/HD=10004-

(250x3.14)=1.27

蜗杆转动圈数1^=111^=40x1.27=50.96(H)

(2)蜗杆直径系数

5

导程角：Y=arctan9=arctan8=7.125

当量摩擦角：0V二arctanf尸arctan8=10.204"

7i=5xO125=O625JW>m:因为：丫(。丫

所以蜗杆传动满足自锁条件(4分)

♦7.125*

(3)蜗杆传动的啮合效率：2(7♦&)X7125-10W)

2；0039

f=039m

:那么:

(13分)如图3-2所示某电梯传动装置中采用蜗杆传动，电机功率P=10kW,转速口=970r

/min,蜗杆传动参数Z|—2：Z2=60；直径系数q=8；息效率n—0.8,m=8,右旋蜗杆,

试计算：(14分)

⑴电梯上升时，标出电机转向；

⑵标出蜗杆所受各力的方向；

⑶计算蜗轮所受各力大小。

分)

(2)计算轴承的当量动载荷

轴承14/6=3520/2(X)0=1.76＞占0.68,那么取

%=0.41,K=0.87

幺二水才加+乂4)

=1.2X(0.41X2000+0.87X3520)=3882.4N(2分)

轴承24/宿:2720/40。0=0.68〈氏0.68,那么取

%二1,左0

=1.2X1X4000=4800N(2分)

轴系改错题

1

1)此处弹簧垫片开口错误，应为左旋；

1此处弹簧垫片开口错误，应为左旋;2联轴器右端无轴向定位，轴应在此位置加工一轴肩；

3左侧轴承端盖不应与轴接触；4安装左轴承的轴段应比安装密封毡圈的轴段直径略大，以利于轴承的

安装；5左轴承所在轴段不需要灌联接；6固定左轴承的套筒厚度太大，其外径应低于轴承内圈的高度:

7安装齿轮的轴段长度应比齿轮的轮毂宽度短2~3mm；8安装齿轮的轴段缺少键联接；9安装右轴承的

轴段太长且轴端应倒角；10右侧轴承端盖与箱体外壁接触面之间缺少调整垫片。

2

1左、右两边轴承端盖均无调整垫片2左边轴承内圈固定错误，轴肩高过内圈

高度3键过长4齿轮轮毂的长度要长过与其配合的轴段的长度2-3mm5套筒

高度高过右边轴承内圈的高度6右边轴承端盖与轴要留有间歇7右边轴承端盖

与轴间要有密封圈8和右端轴承相配合的轴端作成阶梯轴，便于装拆9两端的

轴承要设有挡油环10联轴器没有周向定位。

3

①固定轴肩端面与轴承盖的轴向间距太小。

②轴承盖与轴之间应有间隙。

③轴承内环和套简装不上，也拆不下来。

④轴承安装方向不对。

⑤轴承外圈内与壳体内壁间应有5-8mm间距。

⑥与轮毂相配的轴段长度应小于轮载长。

⑦

轴

承

内

圈

拆

不

下

张

在

图

不

轴的结构图中存在多处错误，请指出错误点，说明出错原因，并加以改正.

4

1、1.无垫片；2无间隙、无密封3键太长4无定位轴肩5无轴肩

6套筒高于内圈高度7轴和轮毂一样长，起不到定位作用；

8无定位；9无垫片10采用反装。

5