机械设计习题卡05答案

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1、第五章一、选择与填空题1 1 _2_3_ 2_ 3 _1_ 1 _ 3 说明：自锁：。两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。螺纹传动效率：)(/tgtg。增大，增大；增大，减小。牙型角与当量摩擦系数f间的关系是：cos(/2)ff。当增大，f增大，增大。3_2_。4_ 90_螺纹根部 _5_3_64 7. C 8. B 9. A 10. A 11. B 12. A 二、分析与思考题1见 P60 页表 5-1。联接螺纹要求自锁性较好，强度高；传动螺纹要求传动效率高。 2螺纹联接在冲击、振动或变载作用下，或当温度变化较大时，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失， 或由于螺纹联接件

2、和被联接件的材料发生蠕变和应力松驰等，会使联接中的 预紧力和摩擦力逐渐减小，导致联接松动，甚至松开。防松例子见P68 表 5-3 3P70。普通螺栓联接：对受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而 其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度；对于受剪螺栓， 其主要破坏形式是螺栓杆和 孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切 强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。铰制孔用螺栓用抗剪切来承受外 载荷，螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压；在联接接合面处，螺栓杆则受剪切。因 此，应分别按挤压及剪切强度条件来计算。 4紧螺栓靠预紧力产

3、生的摩擦力来抵抗横向载荷，在抵抗横向载荷过程中，外载荷可能发 生变化，但预紧力不会发生变化，因此螺栓上的应力为静应力。P85 降低螺栓疲劳强度的 应力幅。非对称循环变应力 5P83。根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求，螺母可选用9级。小数点前的数字代表材料的抗拉强度极限的1/100(/100B)，小数点后的数字代表材料的屈服极限（S或0.2）与抗拉强度极限（B）之比值的10 倍（10/SB） 。 6P84。不控制预紧力的普通螺栓联接，其安全系数大小与螺栓直径有关，其安全系数S 随螺纹直径增大而减小，因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载，故采用加大安全系数的方法来弥补可能产

4、生的过载。 7P85-86。 紧螺栓所受工作拉力在0F 间变化， 则螺栓所受总拉力将在02FF之间变动。在保持预紧力0F不变的情况下，减小螺栓刚度bC或增大被联接件刚度mC都可以减小总拉力2F的变动范围，从而提高了螺栓联接的疲劳强度。但在此种情况下引起残余预紧力1F减小，从而降低了联接的紧密性。 8P86。为了减小螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。 为了增大被联接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。 对于需要保持紧密性的联接，从增大被联接件的刚度来看，可以采用刚度较大的金属垫片或密封环较好。 9P86。实验证明，约有1/3 的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的

5、螺纹牙几乎不承受载荷。因此，采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。 为了改善螺纹牙上的载荷分布，常采用悬置螺母， 减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。 10 伸出一只手，竖起大拇指，另外四指握拳，指尖指向旋转的方向，而拇指要指向螺旋 的前进方向。如果与伸出的左手可以相符，称为左旋，与右手相符则称为右旋。另一个方法 是，在旋转体生长或运动的一端，从垂直轴向看，顺时针旋转的为左旋；反之，逆时针旋转 的为右旋。 砂轮主轴螺纹的旋向： 紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋 转方向相反 这样可以保证在螺母在旋转的过程中所产生的轴向力是将螺母

6、旋紧。砂轮机轴转动一般为右旋，所以两端固定砂轮用的螺纹为左旋。 11 自锁：。两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。螺纹传动效率：)(/tgtg。增大，增大；增大，减小。牙型角与当量摩擦系数f间的关系是：cos(/2)ff。当增大，f增大，三角螺纹牙型角大（一般为60） ，矩形螺纹（=0）和梯形螺纹牙型角较小。 12 P92。滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。 13P91。滑动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，但其主要缺点是摩擦阻力大，传动效 率低，磨损快，传动精度低等。滚动螺旋摩擦阻力小，传动效率高，但结构复杂。 14P70。螺栓的其他部

7、分是根据等强度条件及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计 算。 15. 16. 螺栓应进行耐磨性计算和强度计算，同时还要进行自锁验算与稳定性校核。对于螺母的 螺纹牙要进行剪切强度校核，对其凸缘要进行挤压和弯曲强度的校核。17. 螺旋传动中，设计螺纹直径一般按抗拉、扭强度来进行初步设计。实际上，螺纹副的磨 损是比较主要的失效形式。帮要进行螺母（比螺杆的材料要弱）螺纹的压强校核。限制pp 主要是利用此耐磨条件性计算未考虑磨损的影响。 三、计算题：1解：找出承受最大工作剪力的螺栓。 4 个螺栓在园周上均匀分布，故承受工作剪力相等，设为F。则有， 33 2/ 2/100 101000/1001010

8、000FTrTN，3/ 4/ 2630/ 2 130102423FTrTDN 求出螺栓性能参数螺栓的性能等级为8.8，所以800BMPa，/0.8SB，640SMPa查 P84 表 5-10，取2.5S，2.5PS，所以 640 2562.5SMPaS8003202.5B P PMPaS校核螺栓的挤压强度33 0min242310.35 (13 10)(18 10)PFMPa dL说明 ,0d不能取 12mm，因为铰制孔用螺栓螺纹部分比光孔略小。minL也不能取20mm，见 P76 图 5-18 因为PP，所以螺栓的挤压强度合格 校核螺栓的剪切强度32 2 04242318.263.14 (1

9、3 10 ) 4FMPa d因为 ，所以螺栓的剪切强度合格。 综上所述，该螺栓组合用。2解：将力F 平移到各结合面中心，得扭转力矩0.3()MFLF N m设各方案中在力F 作用产生的剪切力为1F，扭转力矩M 作用下产生的剪切力为2F。 对方案 1 1/ 3FF2222.5FaMFF很 显 然 ， 第3个 螺 栓 受 力 最 大 ， 最 大 力 /32.52.833MAXFFFF对方案 2 1/ 3FF2222.5FaMFF很显然， 1、3 两个螺栓所受力相等，均为最大值，其最大值22 122.522MAXFFFF对方案 3 1/ 3FF22533FaMFF综上所述，方案3 较好。3解： A

10、将力 P 向结合面形心简化得到集中载荷P 及转矩 3(200100/ 2)4000 250 101000TPN m。B 在集中载荷P 的作用下，各螺栓承受的横向载荷1/ 24000/ 22000FPNC 在转矩 T 的作用下，各螺栓承受的横向载荷22FrT，33 2/ 2/100 101000/1001010000FTrTND 找出螺栓组中承受最大工作剪力的螺 栓，如图所示：很显然，螺栓 2 承受的工作剪切力比较大， 最大工作剪力122000 1000012000FFFNE 按剪切强度确定螺纹小径2 0 4Fd ，0644 1200012.69 3.14 95 10FdmmF 按挤压强度确定螺

11、纹小径0PPF L d，036120005.3315 1015010PFdmmL综上所述，取光孔直径为13mm，螺纹为M12。 若改用普通螺栓，螺栓2 受力最大，此时是依靠结合面间产生的摩擦力来抵抗外载荷F，0sf FKF0/1.2 12000/ 0.272sFKFfKN02 11.34Fd3 0 165.25.272 1031.523.14 120 10Fdmm即，如果选用普通螺栓，其小径必须大于31.52mm。4解：求螺栓预紧力0F0sfF izK F，01.21.50.222sKFFFFfi z螺栓承受的拉应力02 11.34Fd ，综合以上两式得022 111.31.3 1.544FF

12、dd2326 13.14(17.29 10)1601019.26 4 1.3 1.54 1.3 1.5dFKN5. 解四、结构设计与分析题 解： 1、普通螺栓联接（图a）主要错误有：1）螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装； 2）普通螺栓联接的被联接件孔要大于螺栓大径，而下部被联接件孔与螺栓杆间无间隙； 3）被联接件表面没加工，就做出沉头座并刮平，以保证螺栓头及螺母支承面平整且垂直于 螺栓轴线，避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力；4）一般联接，不应采用扁螺母；5）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对； 6）螺栓长度不标准，应取标准长l=60mm；7）螺栓中螺纹部分长度短了，就取长30mm。

13、改正后的结构见图解a) 2、螺钉联接（图b）主要错误有： 1）采用螺钉联接时，被联接件之一就有大于螺栓大径的光孔，而另一被联接件上应有与螺 钉相旋合的螺纹孔。而图中上边被联接件没有做成大于螺栓大径的光孔，下面被联接件的螺纹孔又过大，与螺钉尺寸不符，而且细纹画法不对，小径不应为细实线；2）若上边被联接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没有加工。 改正后的结构见图解b) 3、双头螺柱联接（图c）主要错误有：1）双头螺柱的光杆部分不能拧进被联接件的螺纹孔内； 2）锥孔角度就为120o，而且应从螺纹孔的小径（粗实线）处画锥孔角的两边；3）若上边被联接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没加工； 4）弹簧垫圈厚度尺寸不对。 改正后的结构见图解c)。4、紧定螺钉联接（图d）主要错误有： 1）轮毂上没有做出M6 的螺纹孔；2）轴上未加工螺纹孔，螺钉拧不进去，即使有螺纹孔，螺钉能拧入，也需局部剖视才能表 达清楚。改正后的结构见图解d)。