機械設(shè)計第七章答案

1、三、分析與思考題 540常用螺紋有哪幾種類型？各用于什么場合？對聯(lián)接螺紋和傳動螺紋的要求有何不同？答：常用螺紋的類型和應(yīng)用參看教科書P60表51。：對聯(lián)接螺紋的要求:聯(lián)接可靠，當(dāng)量摩擦系數(shù)大，自鎖性能好。對傳動螺紋的要求:當(dāng)量摩擦系數(shù)系數(shù)小，傳動效率高。541在螺栓聯(lián)接中，不同的載荷類型要求不同的螺紋余留長度，這是為什么？答：螺紋的余留長度越長，則螺栓桿的剛度Cb越低,這對提高螺栓聯(lián)接的疲勞強度有利。因此，承受變載荷和沖擊載荷的螺栓聯(lián)接，要求有較長的余留長度。542聯(lián)接螺紋都具有良好的自鎖性，為什么有時還需要防松裝置？試各舉出兩個機械防松和摩擦防松的例子。答：在沖擊、振動或變載荷的作用下，螺旋

2、副間的摩擦力可能減小或瞬間消失，這種現(xiàn)象多次重復(fù)后，就會使聯(lián)接松脫。在高溫或溫度變化較大的情況下，由于螺紋聯(lián)接件和被聯(lián)接件的材料發(fā)生蠕變和應(yīng)力松弛，也會使聯(lián)接中的預(yù)緊力和摩擦力逐漸減小，最終導(dǎo)致聯(lián)接失效。因此螺紋聯(lián)接需要防松。例：開口銷與六角開槽螺母、止動墊圈為機械防松；對頂螺母、彈簧墊圈為摩擦防松。543普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓聯(lián)接的主要失效形式各是什么？計算準則各是什么？答：普通螺栓聯(lián)接（受橫向載荷）的主要失效形式：接合面滑移螺栓桿被拉斷計算準則：承載條件 螺桿的拉伸強度鉸制孔用螺栓聯(lián)接的主要失效形式：螺桿被剪斷 螺桿與孔壁接觸面被壓潰（碎）計算準則：螺桿的剪切強度螺桿與孔壁接觸面的擠壓

3、強度544計算普通螺栓聯(lián)接時，為什么只考慮螺栓危險截面的拉伸強度，而不考慮螺栓頭、螺母和螺紋牙的強度？答：螺栓頭、螺母和螺紋牙的結(jié)構(gòu)尺寸是根據(jù)與螺桿的等強度條件及使用經(jīng)驗規(guī)定的，實踐中很少發(fā)生失效，因此，通常不需進行其強度計算。545松螺栓聯(lián)接和緊螺栓聯(lián)接的區(qū)別是什么？在計算中如何考慮這些區(qū)別？答：松螺栓聯(lián)接，裝配時螺母不需要擰緊。在承受載荷之前，螺栓不受力。緊螺栓聯(lián)接，裝配時螺母需要擰緊。在擰緊力矩作用下，螺栓除受預(yù)緊力F0的拉伸而產(chǎn)生的拉應(yīng)力外還受摩擦力矩T1的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的扭切應(yīng)力，使螺栓處于拉伸與扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)。強度計算時，松螺栓聯(lián)接只考慮工作載荷即可。緊螺栓聯(lián)接應(yīng)綜合考慮拉應(yīng)力和扭

4、切應(yīng)力的作用，計入扭切應(yīng)力的影響，即螺栓所受的軸向拉力乘以。546普通緊螺栓聯(lián)接所受到的軸向工作載荷或橫向工作載荷為脈動循環(huán)時，螺栓上的總載荷各是什么循環(huán)？答：普通緊螺栓聯(lián)接所受到的軸向工作載荷為脈動循環(huán)時，螺栓上的總載荷為，即同方向（不變號）的非對稱循環(huán)變載荷，0r1；所受到的橫向工作載荷為脈動循環(huán)時，螺栓上的總載荷為預(yù)緊力，即大小不變的靜載荷， r=1。547螺栓的為級，與它相配的螺母的性能等級應(yīng)為多少？性能等級數(shù)字代號的含義是什么？答：與之相配的螺母的性能等級應(yīng)為8級或9級（d1639mm）。性能等級8.8 ，表示小數(shù)點前的數(shù)字8代表材料的抗拉強度極限的1/100(sB /100，sB=

5、8×100MPa)，小數(shù)點后的數(shù)字8代表材料的屈服極限(ss)與抗拉強度極限(sB)之比值(屈強比 )的10倍（10ss/sB,ss=8sB/10=640 MPa）。548在什么情況下，螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)大小與螺栓的直徑有關(guān)？試說明其原因。答：在不控制預(yù)緊力的情況下，螺栓聯(lián)接的安全系數(shù)大小與螺栓的直徑有關(guān)，直徑越小，則安全系數(shù)取得越大。因為扳手的長度隨螺栓直徑的減小而線性減短，而螺栓的承載能力隨螺栓直徑的減小而平方性降低。因此，螺栓直徑越細越易過擰緊，造成螺栓過載斷裂。所以小直徑的螺栓應(yīng)取較大的安全系數(shù)。549圖示螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)中，進行預(yù)緊力計算時，螺栓的數(shù)目z、接合面的數(shù)目i應(yīng)取多少

6、？題550圖0b變形力FyDF1yDF2yDF0yDFyDF1yDF1yDFyD答：螺栓的數(shù)目z=4接合面的數(shù)目i=2題549圖550試用受力變形線圖分析說明螺栓聯(lián)接所受軸向工作載荷F，當(dāng)預(yù)緊力F0一定時，改變螺栓或被聯(lián)接件的剛度，對螺栓聯(lián)接的靜強度和聯(lián)接的緊密性有何影響？答：如圖示，減小螺栓剛度（ ）或增大被聯(lián)接件的剛度（ ），螺栓的總拉力F2減小，螺栓聯(lián)接的靜強度提高；殘余預(yù)緊力F1減小，聯(lián)接的緊密性下降。增大螺栓剛度或減小被聯(lián)接件的剛度則相反。題551圖q bFyDF1yDF2yDF0yDFF0yDa) 改變螺栓的剛度0b0mq m變形力b) 改變被聯(lián)接件的剛度0b0mq bq m變形力

7、FyDF1yDF2yDF0yDFF0yDFF0yDF0yDFF0yDF0yD551緊螺栓聯(lián)接所受軸向變載荷在0F間變化，在保證螺栓聯(lián)接緊密性要求和靜強度要求的前提下，要提高螺栓聯(lián)接的疲勞強度，應(yīng)如何改變螺栓或被聯(lián)接件的剛度及預(yù)緊力的大小？試通過受力變形線圖來說明。答：在總拉力F2、殘余預(yù)緊力F1不變時,a)如圖示，減小螺栓的剛度（ ），增大預(yù)緊力F0，可減小F，提高螺栓聯(lián)接的疲勞強度。 b)如圖示，增大被聯(lián)接件的剛度（ ），增大預(yù)緊力F0，可減小F，提高螺栓聯(lián)接的疲勞強度。552為什么螺母的螺紋圈數(shù)不宜大于10？通常采用哪些結(jié)構(gòu)形式可使各圈螺紋牙的載荷分布趨于均勻？答：當(dāng)聯(lián)接受載時，螺栓受拉伸

8、，外螺紋的螺距增大；而螺母受壓縮，內(nèi)螺紋的螺距減小。螺距的變化差以旋合的第一圈處為最大，以后各圈遞減。旋合螺紋的載荷分布為：第一圈上約為總載荷的1/3，以后各圈遞減，第810圈以后的螺紋牙幾乎不受力。螺母的螺紋圈數(shù)過多也不能提高承載能力。為了使各圈螺紋牙的載荷趨于均勻，可采用下述方法：懸置螺母；內(nèi)斜螺母；環(huán)槽螺母。553受傾覆力矩的螺栓組聯(lián)接應(yīng)滿足哪些不失效條件？答：螺桿不被拉斷；結(jié)合面受壓最大處不被壓潰（碎）；結(jié)合面受壓最小處不離縫。554滑動螺旋的主要失效形式是什么？其基本尺寸（即螺桿直徑及螺母高度）通常是根據(jù)什么條件確定的？答：滑動螺旋的主要失效形式是螺紋面的磨損。其基本尺寸（即螺桿直徑

9、及螺母高度）通常是根據(jù)耐磨性條件確定的。四 、設(shè)計計算題 牽曳力題555圖555一牽曳鉤用2個M10(d1=8.376mm)的普通螺栓固定于機體上。已知接合面間摩擦系數(shù)f ，防滑系數(shù)Ks，螺栓材料強度級別為4.6級，裝配時控制預(yù)緊力。試計算該螺栓組聯(lián)接允許的最大牽曳力Fmax。解：ss=240MPa 查表510，S=1.556有一受預(yù)緊力F0=1000N和軸向工作載荷F=1000N作用的普通緊螺栓聯(lián)接，已知螺栓的剛度Cb與被聯(lián)接件的剛度Cm相等。試計算該螺栓聯(lián)接所受的總拉力F2和殘余預(yù)緊力錯誤！鏈接無效。在預(yù)緊力F0不變的條件下，若保證被聯(lián)接件不出現(xiàn)縫隙，該螺栓的最大軸向工作載荷Fmax為多少

10、？解：557如圖所示，一氣缸蓋與缸體凸緣采用普通螺栓聯(lián)接。已知氣缸中的壓力p在02MPa之間變化，氣缸內(nèi)徑D=500mm，螺栓分布直徑D0=650mm。為保證氣密性要求，殘余預(yù)緊力F1=F，螺栓間距td(d為螺栓的大徑)。螺栓材料的許用拉伸應(yīng)力s=120MPa，許用應(yīng)力幅sa= 20MPa。選用銅皮石棉墊片，螺栓相對剛度Cb/（Cb+Cm）=0.8，試確定螺栓的數(shù)目和尺寸。題557圖2525解：設(shè)取螺栓數(shù)目Z=16或24則單個螺栓所受的軸向工作載荷F為：單個螺栓所受的總拉力F2為：所需的螺栓直徑d1：查表 校核螺栓間距t校核應(yīng)力幅sa：確定螺栓的數(shù)目和尺寸:查表題558圖2238f13 055

11、8如圖凸緣聯(lián)軸器（GB/T58431986）的型號為YLD10，允許傳遞的最大轉(zhuǎn)矩T=630N·m，兩半聯(lián)軸器采用4個M12的鉸制孔用螺栓聯(lián)接，螺栓規(guī)格為M12×60（GB/T271988），螺栓的性能等級為級，聯(lián)軸器材料為HT200,試校核其聯(lián)接強度。若改用普通螺栓聯(lián)接，兩半聯(lián)軸器接合面間的摩擦系數(shù)f ，防滑系數(shù)Ks，試計算螺栓的直徑，并確定其公稱長度，寫出螺栓標記。解：ss=640MPa采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接 鑄鐵的sB=200MPa螺桿d0=13mm查表510鋼：St=2.5 SP=1.25 t=ss/ St=640/2.5=256 MPasP= ss /SP=640/

12、1.25=512MPa鑄鐵：SPsP=s B/SP=2.5=10080 MPa單個螺栓所受的工作剪力F為：校核螺桿的剪切強度校核螺桿、聯(lián)軸器的擠壓強度Lmin=3822=16mm改用普通螺栓聯(lián)接查表510按不控制預(yù)緊力，設(shè)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)與假設(shè)基本相符，不必修改安全系數(shù)S。螺栓的長度l>22×2+m+S=44+18+5=67 取l=7080mm螺栓標記：螺栓GB5788286 M20×70(或80)559如圖所示，為一支架與機座用4個普通

13、螺栓聯(lián)接，所受外載荷分別為橫向載荷FR=5000N，軸向載荷FQ=16000N。已知螺栓的相對剛度Cb/(Cb+Cm)=0.25，接合面間摩擦系數(shù)f，, 螺栓的性能等級為級，試確定螺栓的直徑及預(yù)緊力F0。題559圖解：ss=640MPa查表510，按不控制預(yù)緊力，設(shè)d=16mm取S=4 s= ss /S=640/4=160MPa（按控制預(yù)緊力取S=1.21.5 s=ss/S=640/1.21.5=533.33426.67 MPa）單個螺栓的軸向工作載荷F在橫向載荷FR作用下，支架不下滑的條件：單個螺栓所受的總拉力F2確定螺栓的直徑取M16，d1=mm>mm與假設(shè)相符。（控制預(yù)緊力時，取M

14、8，d1=mm>mm或M10，d1=mm>mm）560如圖所示，方形蓋板用四個螺釘與箱體聯(lián)接，蓋板中心O點的吊環(huán)受拉力F=10kN，要求殘余預(yù)緊力為工作拉力的0.6 倍，螺釘?shù)脑S用拉應(yīng)力s=120MPa。(1)求螺釘?shù)目偫2。(2)如因制造誤差，吊環(huán)由O點移到O點，求受力最大螺釘?shù)目偫2max及螺釘?shù)闹睆?。題560圖200200o¢解：(1)螺釘?shù)目偫2(2) 受力最大螺釘?shù)目偫max因制造誤差，吊環(huán)移位產(chǎn)生的力矩在M作用下,左下角螺栓受加載作用，受到的載荷：受力最大螺釘所受的工作載荷Fmax受力最大螺釘所受的總拉力螺釘?shù)闹睆饺10，d1=mm>m

15、m561如圖所示，有兩塊邊板和一塊承重板焊成的龍門起重機導(dǎo)軌托架。兩塊邊板各用4個螺栓與立柱（工字鋼）相聯(lián)接，托架所承受的最大載荷為20000 N，問：（1）此聯(lián)接采用普通螺栓還是鉸制孔用螺栓為宜？（2）若用鉸制孔用螺栓，已知螺栓材料為45號鋼性能等級為級，試確定螺栓的直徑。題561圖150立柱解：每一邊的載荷為10000 N（1）因載荷較大，若采用普通螺栓，則需要的預(yù)緊力很大，螺栓的直徑很大。所以此聯(lián)接采用鉸制孔用螺栓為宜。（2）ss=480MPa查表510鋼：St=2.5 SP=1.25 t=ss/ St=480/2.5=192 MPa sP= ss /SP=480/1.25=384MPa

16、將力F向形心簡化F=10000NT=F·L=10000×300=3×106NmmF作用在每個螺栓中心處的橫向力為FFT作用在每個螺栓中心處的橫向力為FT由圖可知，右邊兩個螺栓受力最大按剪切強度計算直徑， ss=480MPa查表510鋼：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按擠壓強度計算只要 即滿足強度要求。562鉸制孔用螺栓組聯(lián)接的三種方案如圖所示。已知L=300mm，a=60mm，試求螺栓組聯(lián)接的三種方案中，受力最大的螺栓所受的力各為多

17、少？那個方案較好？方案二aa題562圖方案一方案三解：將力F向形心簡化：橫向載荷F旋轉(zhuǎn)力矩T=F·L=300 F方案一：橫向載荷F在每個螺栓中心處的橫向力為FFT在每個螺栓中心處的橫向力為FT如圖示可知，螺栓3受力最大 方案二：橫向載荷F在每個螺栓中心處的橫向力為FFT在每個螺栓中心處的橫向力為FT圖示知螺栓1、3受力最大 方案三：橫向載荷F在每個螺栓中心處的橫向力為FFT在每個螺栓中心處的橫向力為FT螺栓2受力最大由上述計算可知，方案三螺栓的Fmax較小，所以該方案較好。563如圖所示，支座用4個普通螺栓固定在基座上，結(jié)構(gòu)尺寸如圖示，靜載荷F=6KN，接合面間摩擦系數(shù)f=0.6，K

18、s=1.2, 螺栓的性能等級為6.8級；已知螺栓的相對剛度Cb/(Cb+Cm。試計算此聯(lián)接所需的螺栓直徑和每個螺栓的預(yù)緊力。題563圖200支座解: ss=480MPa查表510按不控制預(yù)緊力，設(shè)d=12mm取S=4.4s= ss/S=480/4.4=MPa查表57設(shè)基座為混凝土（或其他材料）sP=3.0MPa1、螺栓受力分析將F向接合面形心簡化橫向力軸向力傾覆力矩M= Fx· l=5×200=1039230Nmm單個螺栓軸向工作載荷分析在Fy作用下：:在M作用下：左側(cè)的兩個螺栓受的軸向力最大2、確定單個螺栓的預(yù)緊力F0按在Fx作用下不滑移確定F0，要求：按接合面左側(cè)不離縫確定F0，要求：sPmin>0按不壓潰確