OO′=52mm,求受力最大螺栓所受的总拉力F。，并校核（1）中确定的螺栓的强度。 解题要点： （1）吊环中心在O点时： 此螺栓的受力属于既受预紧力F′作用又受轴向 工作载荷F作用的情况。根据题给条件，可求出 螺栓的总拉力： F0=F″+F=0.6F+F=1.6F 而轴向工作载荷F是由轴向载荷FQ引起的，故有： 题15—7图 F?F4Q?20000N?5000N 4 ∴F0?1.6F?1.6?5000N?8000N 螺栓材料45号钢、性能等级为6.8级时，?s?480MPa ，查表11—5a取S=3，则[?]??s/S=480/3MPa=160MPa ,故 d1?4?1.3F0?????4?1.3?8000mm?9.097mm ??160查GB196-81，取M12（d1=10.106mm＞9.097mm）。 （2）吊环中心移至O′点时： 首先将载荷FQ向O点简化，得一轴向载荷FQ和一翻转力矩M。M使盖板有绕螺栓1和3中心连线翻转的趋势。 M?FQQ?OO??20000?52N?mm?141421.4N?mm 显然螺栓4受力最大，其轴向工作载荷为 F?F4?FM?F4Q?M?20000141421.4???2r?21002?1002?4??N?5500N ??∴ F0?1.6F?1.6?5500N?8800N ∴ ?e?1.3F0?d12/4?1.3?8800MPa?142.6MPa?????160MPa ??10.1062/4故吊环中心偏移至O′点后，螺栓强度仍足够。 分析与思考： （1）紧螺栓连接的工作拉力为脉动变化时，螺栓总拉力是如何变化的？试画出其受力变形图，并加以说明。 答：总拉力F0?F??C1F?F???FC1?C2，受力变形图见主教材图11-16。 （2）提高螺栓连接强度的措施有哪些？这些措施中哪些主要是针对静强度？哪些主要是针对疲劳强度？ 答：措施有：1）改善螺纹牙间的载荷分配；2）减少螺栓的应力幅；3）采用合理制造工艺；4）避免附加弯曲应力；5）减少应力集中。第1）种措施主要对静强度，其余四种主要针对疲劳强度。 15—8 有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，如图所示。已知气缸中的压力p在0~2MPa之间变化，气缸内径D=500mm，螺栓分布圆直径D0=650mm。为保证气密性要求，剩余预紧力F″=1.8F，螺栓间距t≤4.5d（d为螺栓的大径）。螺栓材料的许用拉伸应力[σ]=120MPa，许用应力幅[σɑ]=20MPa。选用铜皮石棉垫片螺栓相对刚度C1/（C1+C2）=0.8，试设计此螺栓组连接。 解题要点： （1） 选螺栓数目Z ： 因为螺栓分布圆直径较大，为保证螺栓间间 距不致过大，所以选用较多的螺栓，初取Z=24。 （2）计算螺栓的轴向工作载荷F ： 1）螺栓组连接的最大轴向载荷FQ 442） 螺栓的最大轴向工作载荷F： FQ3.927?105F??N?16362.5N 题15-8图 Z24（3）计算螺栓的总拉力F0 F0?F???F?1.8F?F?2.8F?2.8?16362.5N?45815N （4）计算螺栓直径 ： FQ??D2p???5002?2N?3.927?105N d1?4?1.3F0?????4?1.3?45815mm?25.139mm ??120查GB196—81，取M30（d1=26.211mm>25.139mm） （5）校核螺栓疲劳强度 ： ?a?C12F2?16362.5?2?0.8?MPa?12.13MPa???a??20MPa 2C1?C2?d1??26.211故螺栓满足疲劳强度要求。 （6）校核螺栓间距 ： 实际螺栓间距为 t??D0Z???65024mm?85.1mm?4.5d?4.5?30mm?135mm 故螺栓间距满足联接的气密性要求。 分析与思考 （1） 对于受轴向变载荷作用的螺栓，可以采用哪些措施来减小螺栓的应力幅σa 答：1）增加螺栓的长度，以适当减小螺栓无螺纹部分的截面积，在螺母下面安装弹性元件。2）增大被连接件刚度措施：a）改进被连接件的结构；b）采用刚度大的硬垫片，对于有紧密性要求的汽缸连接，不应采用较软的垫片，而应改进密封环。 （2）为什么对于重要的螺栓连接要控制螺栓的预紧力F′？控制螺栓的预紧力的方法有哪几种？ 答：对于重要的受拉螺栓连接，在拧紧螺母时，对于较小直径的螺栓容易产生过大的预紧拉应力，同时由于螺纹副和螺母支承面之间的摩擦系数不稳定以及加在扳手上的力矩有时很难准确控制，容易拧得过紧产生过载应力，甚至拧断。所以要控制预紧力，且不宜采用直径小于M12~M16的螺栓。控制预紧力的方法有采用定力矩扳手或测力矩扳手等来拧紧螺母，也可以在装配时，测量螺栓的伸长以及规定开始拧紧后扳动角度或圈数等。 分析与思考： (1)为了防止螺旋千斤顶发生失效，设计时应对螺杆和螺母进行哪些验算？ 答：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和弯曲强度校核，对其凸缘要进行挤压和弯曲强度的校核。 (2)在螺旋传动中，为什么要校核螺母螺纹的压强p？限制[p]的物理意义是什么？ 答：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失效形式。故要进行螺母（比螺杆的材料要弱）螺纹的压强校核。限制p≤[p]主要是利用此耐磨条件性计算未考虑磨损的影响。 15—1 单项选择题：（将正确答案字母填入括号内） 1) 当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能A。 A、好； B、差； C、相同； D、不一定 2）用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹A。 A、牙根强度高、自锁性能好；B、传动效率高；C、防振性能好；E、自锁性能差 3）若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的B。 A、螺距和牙型角； B、升角和线数n； C、导程和牙形斜角； D、螺距和升角 4) 用于薄壁零件联结的螺纹，应采用A。 A、三角形细牙螺纹；B、梯形螺纹； C、锯齿形螺纹； D、多线的三角形粗牙螺纹 5） 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓C。 A、必受剪切力作用； B、必受拉力作用； C、同时受剪切与挤压作用； D、既可能受剪切、也可能受挤压作用 6） 在受轴向变载荷作用的紧螺栓连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是B。 （C1为螺栓刚度，C2为被连接件刚度。） A、增大螺栓刚度C1、减小被连接件刚度C2； B、减小C1、增大C2； C、增大C1和C2； D、减小C1和C2 15—2 填空题：（正确答案填入空格内） 1）三角形螺纹的牙形角α=60o ，适用于连接 ，而梯形螺纹的α= 30o，适用于传动 。 2)螺旋副的自锁条件是 螺旋升角ψ小于或等于当量摩擦角?? 。 3）螺纹连接的拧紧力矩等于 螺纹副间摩擦力矩和螺母（或螺栓头）端面与被连接件支承面间的摩擦力矩 之和。 4）连接的防松的实质是防止螺栓杆与螺母（或被连接件螺纹孔）间发生相对转动（或防止螺纹副间相对转动） 。 15—3 简答题： 1） 拧紧螺母与松退螺母时的螺纹效率如何计算？哪些参数影响螺纹副的效率？ 答：拧紧时??tan??????tan?；松退时，??。影响效率主要参数有：tan??????tan???（f、?）和?（p、n、直径）等。 2） 螺栓连接的损坏形式有哪些？其危险部位在哪里？对于受拉螺栓连接强度计算时，为什么一般只计算螺栓根部直径？ 答：对于受拉螺栓连接，在静载荷作用下的损坏形式有螺栓的塑性变形和断裂。而在变载荷作用下的损坏形式则为螺栓的疲劳断裂。危险部位常在螺栓杆截面变化产生应力集中的部位，例如螺纹根部、螺纹退刀处、螺栓钉头与栓杆过度部分等，特别是螺母支承面处的第一圈旋合螺纹处最易损坏。对于受剪螺栓连接，其损坏形式常为螺栓杆受剪后产生塑性变形和剪断，螺栓杆与被联接件上的螺栓孔壁相互挤压，其中较弱材料的塑性变形或压溃。危险部位常发生在螺栓杆受剪面处和杆孔相互挤压处。螺纹连接强度计算时，如果选用的是标准螺纹零件（螺栓、螺母、垫圈），这些标准件的各部分尺寸如螺纹大径、小径、钉头高度、螺母高度等都是按等强度原则确定的。因此，对受拉螺栓，只要对螺纹零件的危险部位处进行强度计算，确定其根部直径，至于其它各部分尺寸，一般都可从标准中选取。 3）为什么在重要的受拉螺栓连接中不宜采用直径小于M12~M16的螺栓？ 答：对于重要的受拉螺栓连接，不宜采用直径小于M12~M16的螺栓。因为在拧紧螺母时，对于较小直径的螺栓容易产生过大的预紧拉应力。同时由于螺纹副和螺母与支承面之间的摩擦系数不稳定以及加在扳手上的力矩有时很难准确控制，容易拧得过紧产生过载应力甚至拧断，例如以扳手P为200N拧紧M10（d1=8.376mm）的螺栓连接，设扳手的长度L≈5d，则由式T=kt F′d，取kt≈0.2，则F′≈15000 N，考虑到拧紧过程中扭转剪应力的影响，螺栓预紧时拉应力为 ??1.3F??d1/42?1.315000?354MPa 2??8.376/4可知该应力值已超过一般钢材的屈服极限了。 4）一螺旋拉紧装置如图所示，若按图上箭头方向旋转中间零件，能使两端螺杆A和B向中央移动，从而将两零件拉紧。试问该装置中螺杆A和B上的螺纹旋向是右旋还是左旋？ 答：如图所示若按图上箭头方向旋 转中间零件，使两端螺杆A和B向中央 移动，从而将两零件拉紧，螺杆A和B 的螺旋线方向必相反，根据相对运动关 系，螺杆A为左旋，螺杆B为右旋。 题11—9（4）图
机械设计习题集答案第十五章螺纹连接(解答)
