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1、27 第一章第一章 连接设计连接设计 一、一、思考题思考题 1、 按螺纹牙型分类，螺纹可以分为哪几种？试说明各自的特点及主要用途？ 2、 螺纹的主要参数有哪些？在设计中如何应用？ 3、 螺纹的旋向如何判别？常见的螺纹是左旋还是右旋？ 4、常见的螺纹是单线还是多线？为什么？ 5、 在公称直径相同的条件下粗牙螺纹与细牙螺纹相比哪一个自锁性强？那一个连 接强度高？为什么？ 6、 螺纹连接为什么要防松？防松的基本原理有哪些？常用的防松措施有哪些？ 7、 螺纹连接的主要失效形式有哪些？其设计准则是什么？ 8、 什么是松螺栓连接？什么是紧螺栓连接？其强度计算方法有何不同？ 9、 螺栓组结构设计应考虑哪些问
2、题？进行螺栓组受力分析的目的是什么？其强度 计算方法有何特点？ 10、 紧螺栓连接强度计算式中的 1.3 倍是什么含义？如果用铰制孔用螺栓来传递横 向载荷，是否也要这样考虑？为什么？ 二、分析与计算题 1、 已知螺栓的刚度 C1 =100 N/mm，被连接件的刚度 C2 =400 N/mm，若预紧 Fp和轴 向工作载荷 F 均为 400N， 试问： （1） 、被连接件间有压紧作用吗？为什么？ （2） 、以一定的比例画出受力变形关系图，并标出 Fp 和 Fp之值。 2、有一受横向工作载荷作用的紧螺栓连接，采用单个 M16 的六角头螺栓 （GB5782-2000）连接两块钢板，螺栓材料 Q235，
3、结合面间的摩擦因数为 f=0.13，摩擦 传力可靠性系数 Kf=1.3，试求在一般拧紧情况下（不控制预紧力） ，连接所能承受的最 大横向工作载荷之值？ 4 3.1 2 1 d p F 28 3、用同一把活扳手分别拧紧 M8 和 M16 两个螺栓连接，若活扳手工作长度为 200mm，施加在扳手上的力为 200N。 试问：（1） 、两螺栓所受的预紧力 Fp 之值？ （2） 、试分析哪个螺栓在预紧时易被拧断？ 4、图 1-1 所示，为用四个普通螺栓连接的支架。被连接件总厚度为 45mm 螺栓材料 为 Q235，性能等级 4.6 级，结合面间的摩擦因数为 f=0.15，载荷 Q=1000N，试确定螺栓
4、 直径，并写出连接件的标记？ 图 1-1 例解例解：从图示知本题属于受横向载荷作用的螺栓组连接。 一） 受力分析（图 1-2 所示） 将载荷向螺栓组型心简化得： 作用在型心 O 的横向载荷 Q Q=1000N 绕型心 O 旋转的转矩 T T=1000Q=10001000 =1106 （Nmm） 由于 Q 使每个螺栓受横向载荷 RQ RQ=Q/4=1000/4=250N RQ 的方向与载荷 Q 作用方向相同 由于 Q 使每个螺栓受横向载荷 RT RT 的方向与各螺栓到型心 O 的连线垂直，且与扭矩 T 作用的方向一致。 N884 22004 101 r4 T R 6 T 29 将各螺栓的两个分力
5、 RQ 和 RT 进行合成，可得合力 R1、R2、R3、R4 ，其中 R2、R3、为最大合力，根据余玄定理： =1075N 二）螺栓直径的确定 根据 Rmax确定预紧力 Fp 由平衡条件知：Fpmf=Kf Rmax，由题意知 m=1， 若取 Kf =1.3 确定许用应力 假设螺栓直径在 M16 M30 之间，查表 9-6，按不控制预紧力取 S=3.8 定螺栓直径 0 QTT 2 Q 2 max135cosRR2RRR ）（707 . 0 8842502884250 22 N mf RK F f p 9317 15 . 0 10753 . 1 max 则： 2 B s mm/N400 4.6 S
6、 的螺栓，对于性能级别为式：公 N B s 240 10 4006 10 6 N16.63 8 . 3 240 S s mm F d p 63.15 16.63 93173 . 14 3 . 14 1 图 1-2 30 查设计手册2知：M20 的粗牙普通螺纹，其公称直径为 20，内径 d1=17.29415.63mm 符合强度要求，M20 在假设范围之内，安全系数 S 选值合理。为统一起见，四个 螺栓均采用 M20 的粗牙普通螺栓连接。 三）定连接件标记 查设计手册2，按 GB93-2000 取弹簧垫圈高度为 5mm。 查设计手册2，按 GB170-2000 取螺母高度为 18mm。 螺母端伸
7、出长度=0.2d=0.220=4mm 计算螺栓所需长度=20+25+5+18+4=72mm 查设计手册2取螺栓长度 L=75mm。 采用连接件的标记如下： 螺栓 BG5782-2000M2075 螺母 BG6170-2000M20 弹簧垫圈 BG93-200020 5、一受轴向外载荷 F1000 N 的紧螺栓连接，螺栓的刚度为 C1，被连接件的刚度 为 C2，且 C28C1；预紧力 FP1000 N。试求螺栓中的总拉力和被连接件中的剩余预 紧力。 6、图 1-3 所示的连接用 4 个 M12 普通螺钉把板 1 固定在零件 3 上，零件 1 与 3 之 间有摩擦片 2，各零件之间摩擦系数 f=0
8、.13，螺钉强度级别为 5.6 级， S MPa 300 安全系数 S=4.5；防滑系数(可靠性系数)；大径，中径Kf 13 .d 12mm ，小径；螺钉拧紧后靠摩擦力承受载荷 F，求允许 Fd210863.mmd110106.mm 的最大值。 图 1-3 31 7、图 1-4 所示，用三个 M16 的普通螺栓将钢板A 固定在钢板B 上。 L400mm，a=70mm。钢板间摩擦系数 f=0.12，连接的可靠性系数 Kf=1.3，螺栓的许用 拉应力=120MPa。求此连接能承受的最大载荷 F 为多少。 图 1-4 8、图 1-5 所示，为一压力容器，容器体和容器盖用螺栓组连接，容器内长期稳定工
9、作压强 P=1.2MPa，D=500mm，D0=640mm，为保证气密性要求，螺栓间距 Le 时 X=0.4;Y=1.7 由载荷有较大冲击查1表 7-6 取fp=2.3 P= fp (X FR +Y FA ) =2.3(0.410000+1.73600) =23276 N P=23.28 KN6 （2）弹簧强度是否够？ 2、 试设计一液压阀中的压缩弹簧，并绘制弹簧零件图。已知正常工作载荷 P0=100N，阀门起跳载荷为 P=150N，起跳行程 =8mm，类载荷，结构限制弹簧外径， D025mm。 3、 试设计一在静载荷、常温下工作的阀门压缩弹簧，其原始大于 16mm，工作介质 为空气，两端固定
10、。 4、 条件是最大载荷 Pmax=220N，最小载荷 Pmin=150N，工作变形 =5mm，外径不设 计一圆柱拉伸弹簧，其最大载荷 Pmax=500N，最小载荷 Pmin=200N，工作行程 =40mm，属 于类弹簧。 5、 设计一内燃机的进（排）气阀门弹簧。已知阀门关闭时所受的力 P1=79N，气门 开启时弹簧所受的力 P2=206N，在 P2作用下弹簧的变形量 2=146mm。 6、 设计图 11-1 所示压板复位用的圆柱形螺旋压缩弹簧。已知弹簧安装载荷 P1=500N，最大载荷 P2=900N，在受 P2作用时，弹簧的压缩行程 =50mm。预期寿命 72 N45mm 图 11-1 73 主要参考文献： 1机械设计教程（第一版）吴宗则 刘莹主编 机械工业出版社 2机械零件设计手册（第五版） 周开勤主编 高等教育出版社 3机械设计实用手册 吴宗泽主编 化学工业出版社 1999 年第一版 4机械设计习题集 陈福生等主编 机械工业出版社 5机械设计习题集 王凤礼 杜立杰主编(第三版) 机械工业出版社 6机械设计学习指导与习题集 刘珍莲等主编 华中理工大学出版社 1996 年(第一版)
