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1、机械设计 第五章 课后习题5-1 分析比较普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹的特点，各举一例说明它们的应用5-2 将承受轴向变载荷的联接螺栓的光杆部分做得细些有什么好处？5-2 分析活塞式空气压缩气缸盖联接螺栓在工作时的受力变化情况，它的最大应力，最小应力如何得出？当气缸内的最高压 力提高时，它的最大应力，最小应力将如何变化？5-4 ?图 5-49 所示的底板螺栓组联接受外力 F 作用在包含 x 轴并垂直于底板接合面的平面内。试分析底板螺栓组的受力情况，并判断哪个螺栓受力最大？堡证联接安全工作的必要条件有哪些？ 5-5 图 5-50 是由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
2、板各用 4 个螺栓与立柱相联接，托架所承受的最大载荷为 KN，载荷有较大的变动。试问：此螺栓联接采用普通螺栓联接还是铰制孔用螺栓联接为宜？为什么？5-6 已知托架的边板用 6 个螺栓与相邻的机架相联接。托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行、距离为mm、大小为 60KN 的载荷作用。现有如图 5-51 所示的两种螺栓不知型式，设采用铰制孔用螺栓联接，试问哪一种不知型式所用的螺栓直径较小？为什么？ 5-7 图 5-52 所示为一拉杆螺纹联接。已知拉丁所受的载荷 F=56KN,载荷稳定，拉丁材料为 Q235 钢，试设计此联接。5-8 两块金属板用两个 M12 的普通螺栓联接。若接合面的摩擦系数
3、f=0.3,螺栓预紧力控制在其屈服极限的 70%。螺栓用性能等级为 4.8 的中碳钢制造，求此联接所能传递的横向载荷。5-9受轴向载荷的紧螺栓联接，被联接钢板间采用橡胶垫片。已知螺栓预紧力 Fo=15000N,当受轴向工作载荷 F10 000N 时，求螺栓所受的总拉力及被联接件之间的残余预紧力。5-10 图 5-24 所示为一汽缸盖螺栓组联接。已知汽缸内的工作压力 P=01MPa，缸盖与缸体均为钢制，直径D1=350mm,D2=250mm.上、下凸缘厚均为 25mm.试设计此联接。5-11 设计简单千斤顶（参见图 5-41）的螺杆和螺母的主要尺寸。起重量为 40000N，起重高度为 200mm
4、,材料自选。 参考答案5-1:螺纹类型 特点 应用普通螺纹 牙形为等力三角形，牙型角 60o，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减少应力留集中。同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙。细牙螺纹升角小，自锁性较好，搞剪强度高，但因牙细在耐磨，容易滑扣一般联接多用粗牙螺纹，细牙螺纹常用于细小零件、薄壁管件或受冲击、振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用管联接用细牙普通螺纹 薄壁管件管螺纹 牙型为等腰三角形，牙型角 55o，内外螺纹旋合后 非螺纹密封的 55o 圆柱管 管接关、旋塞、阀门及其他附件螺纹用螺纹密封的 55o 圆锥管螺纹管子、管接关、旋塞、阀门及其他螺
5、纹连接的附件无径向间隙，牙顶有较大的圆角米制锥螺纹 气体或液体管路系统依靠螺纹密封的联接螺纹梯形螺纹 牙型为等腰梯形，牙侧角 3o，内外螺纹以锥面巾紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好最常用的传动螺纹锯齿形螺纹 牙型不为等腰梯形，工作面的牙侧角 3o，非工作面的牙侧角 30o。外螺纹牙根有较大的圆角，以减少应力集中。内外螺纹旋合后，大径处无间隙，便于对中。兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙根旨度高的特点只能用于单向受力的螺纹联接或螺旋传动，如螺旋压力机5-2答：可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。5-3 解：最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。当汽缸内
6、的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。5-45-5采用铰制孔用螺栓联接为宜，因为托架所承受的载荷有较大变动，普通螺栓联接靠接合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩。由公式和 可求得螺栓的最小直径，铰制孔用螺栓时，由公式 及挤压强度和剪切强度公式可以计算出此时的最小直径，两个直径进行比较可得出铰制孔用螺栓的直径小。5-6 5-75-8 5-95-10 5-11解： (1) 选作材料。螺栓材料等选用 45 号钢 。螺母材料选用 ZCuA19Mn2,查表确定需用压强P=15MPa.(2)确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本题采用梯形螺纹。（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选
7、用梯形螺纹且螺母兼作支承，故取 ，根据教材式（5-45）得1. 按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论，其强度条件为但对中小尺寸的螺杆，可认为 ，所以上式可简化为式中，A 为螺杆螺纹段的危险截面面积， ;S 为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋，S=3.5-5.0;对于传导螺旋，S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水平螺杆，S4.本题取值为 5.故（5）综合考虑，确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果，可知本题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准，按国家标准 GB/T5796-1986 选定螺杆尺寸参数：螺纹外径 d=44mm,螺纹内径 d1=36mm,螺纹中径 d2=40.
8、5mm,螺纹线数 n=1,螺距 P=7mm.(6)校核螺旋的自锁能力。对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。本题螺杆的材料为钢，螺母的材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数 f=0.09(查机械设计手册)。因梯形螺纹牙型角 ,所以因 ,可以满足自锁要求。注意：若自锁性不足，可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。（7）计算螺母高度 H.因选 所以 H= ,取为 102mm.螺纹圈数计算：z=H/P=14.5螺纹圈数最好不要超过 10 圈，因此宜作调整。一般手段是在不影响自锁性要求的前提下，可适当增大螺距 P,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准，耐磨性已相当富裕，所以可适当减低螺母
9、高度。现取螺母高度 H=70mm,则螺纹圈数 z=10,满足要求。（8）螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。根据教材表 5-13，对于青铜螺母 ,这里取 30MPa,由教材式（5-50）得螺纹牙危险截面的剪切应力为满足要求螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校核。（9）螺杆的稳定性计算。当轴向压力大于某一临界值时，螺杆会发生侧向弯曲，丧失稳定性。好图所示，取B=70mm.则螺杆的工作长度l=L+B+H/2=305mm螺杆危险面的惯性半径 i=d1/4=9mm螺杆的长度：按一端自由，一段固定考虑，取螺杆的柔度： ,因此本题螺杆 ,为中柔度压杆。棋失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得所以满足稳定性要求。
