机械设计复习参考题(第5章螺纹联接)

1第5章螺纹联接与螺旋传动重要基本概念1．常用螺纹有哪几类？哪些用于联接，哪些用于传动，为什么？哪些是标准螺纹？常用的有：三角螺纹，矩形螺纹，梯形螺纹和锯齿形螺纹。三角螺纹用于联接，其余用于传动。因三角螺纹自锁性好，其它螺纹传动效率高。除矩形螺纹外，其余均为标准螺纹。2．何谓螺纹联接的预紧，预紧的目的是什么？预紧力的最大值如何控制？螺纹联接的预紧是指在装配时拧紧，是联接在承受工作载荷之前预先受到预紧力的作用。预紧的目的是增加螺纹联接的刚度、保证联接的紧密性和可靠性（防松能力）。拧紧后，预紧应力的大小不得超过材料屈服极限σS的80%。3．螺纹联接有哪些基本类型？适用于什么场合？螺纹联接有4中基本类型。螺栓联接：用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。螺钉联接：用于不能采用螺栓联接（如被联接件之一太厚不宜制成通孔，或没有足够的装配空间），又不需要经常拆卸的场合。双头螺柱联接：用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。紧定螺钉联接：用于传递力和力矩不大的场合。4．紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算，但须将拉力增大30%，为什么？考虑拧紧时的扭剪应力，因其大小约为拉应力的30%。5．提高螺纹联接强度的措施有哪些？1）改善螺纹牙间的载荷分配不均；2）减小螺栓的应力幅；3）减小螺栓的应力集中；4）避免螺栓的附加载荷（弯曲应力）；5）采用合理的制造工艺。6．为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈（使用过厚的螺母不能提高螺纹联接强度）？因为螺栓和螺母的受力变形使螺母的各圈螺纹所承担的载荷不等，第一圈螺纹受载最大，约为总载荷的1/3，逐圈递减，第八圈螺纹几乎不受载，第十圈没用。所以使用过厚的螺母并不能提高螺纹联接强度。7．联接螺纹能满足自锁条件，为什么还要考虑防松？根据防松原理，防松分哪几类？因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时，螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失，不再满足自锁条件。这种情况多次重复，就会使联接松动，导致机器不能正常工作或发生严重事故。因此，在设计螺纹联接时，必须考虑防松。根据防松原理，防松类型分为摩擦防松，机械防松，破坏螺纹副关系防松。精选例题与解析例3-1如图所示，用8个M24（d1=20.752mm）的普通螺栓联接的钢制液压油缸，螺栓材料的许用应力][s=80MPa，液压油缸的直径D=200mm，为保证紧密性要求，剩余预紧力为PQ′=1.6F，试求油缸内许用的的最大压强Pmax。长沙大学2解题要点：1．先根据强度条件求出单个螺栓的许用拉力Q；2．在求许用工作载荷F。解：根据：][≤43.1=21spsdQca，解得：Q≤][3.1×421spd=80×3.1×4752.202p=20814N依题意：FFFFQQP6.26.1=+=+′=由：2.6F=20814，解得：F=8005N汽缸许用载荷：FΣ=zF=8F=64043N根据：6404342max==∑DpFp解得：04.2200640434422max=××==ΣppDFpMPa例3-5如例3-5图1所示螺栓联接，4个普通螺栓成矩形分布，已知螺栓所受载荷R=4000N，L=300mm，r=100mm，接合面数m=1，接合面间的摩擦系数为f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，螺栓的许用应力为][s=240MPa，试求：所需螺栓的直径（d1）。解：(1)将R简化到螺栓组形心，成为一个横向载荷R和一个转矩T，如例3-5图2所示，其中：510123004000×=×==RLTNmm(2)求每个螺栓联接承受的分力R的分力：FSR=R/z=4000/4=1000NT的分力：3000100410125=××===∑zrTrTFiSTN(3求FSmax°++=45cos222maxSTSRSTSRSFFFFF=°××++45cos3000100023000100022=3774N(4)据不滑移条件：QPfm≥KfFSmax所需预紧力QP：fmFKQSfPmax==115.037742.1××=30192N(5)根据强度条件：2143.1dQPcaps=≤][s例3-1图例3-5图1例3-5图2长沙大学3求得螺栓小径d1：psp240301923.14][3.141××=×=PQd=14.430mm讨论1：如果本题改为用铰制孔螺栓联接，在解法上有什么相同和不同之处？1．求FSR、FST和FSmax的方法相同，但求FST的公式应为：2maxmaxiSrTrFΣ=2．铰制孔螺栓联接不用求预紧力，因为FSmax就是铰制孔螺栓解所受的剪力。3．强度条件不同。铰制孔螺栓联接的可靠性条件是剪切强度和挤压强度。讨论2：如果螺栓的布置改为如例3-5图3所示，螺栓中心到螺栓组形心的距离r不变。问那种布置方案更合理？为什么？原来的布置方案更合理。因为在例3-5图3的方案中，螺栓1承载的两个分载荷FSR和FST方向相同，合成后的FSmax比原方案大。载荷大，所需螺栓尺寸就大。例3-6图示的夹紧联接中，柄部承受载荷P=600N，柄长L=350mm，轴直径db=60mm，螺栓个数z=2，接合面摩擦系数f=0.15，螺栓机械性能等级为8.8，取安全系数S=1.5，可靠性系数Kf=1.2，试确定螺栓直径。解题注意要点：1．螺栓只受预紧力QP；2．滑移面是轴的圆周；3．夹紧力R产生摩擦力传递转矩PL。4．夹紧力R由预紧力QP产生.解：根据不滑移条件：PLKfRdfb=所需夹紧压力R：280006015.03506002.1=×××==bffdPLKRN所需预紧力Qp：14000228000===ZRQpN螺栓材料的屈服极限640=SsMPa。许用应力为：4275.1640][===SSssMPa根据强度条件：2143.1dQPcaps=所需螺栓的小径为：37.7427140003.14][3.141=×××=××≥psppQdmm查粗牙普通螺纹基本尺寸标准GB196-81，选用M10的螺栓，其小径376.81=dmm。例3-7图示为一圆盘锯，锯片直径D=500mm，用螺母将其压紧在压板中间。如锯片外圆的工作阻力Ft=400N，压板和锯片间的摩擦系数f=0.15，压板的平均直径D1=150mm，取可靠性系数Kf=1.2，轴的材料为45钢，屈服极限Ss=360MPa，安全系数S=1.5，确定轴端的螺纹直径。例3-5图3例3-6图长沙大学4解题注意要点：1．此题为受横向工作载荷的普通螺栓联接2．螺栓只受预紧力QP；3．因只有左侧压板和轴之间有轴毂联接，即只有一个滑移面，是锯片和左侧压板之间，m=1；解：1）外载荷——最大转矩10000025004002=×=⋅=DFTtNmm2）作用于压板处的横向工作载荷13331501000002211=×==DTRN3）根据不滑移条件计算预紧力106671115.013332.1=×××=≥fmzRKQfpN4计算螺栓直径2405.1360][===SSssMPa根据公式(6-11)螺栓的最小直径为[]58.824014.3106673.143.141=×××=××≥sppQdmm查粗牙普通螺纹基本标准GB196－81,选用M12的螺栓，其小径106.101=dmm。自测题与答案一、选择题3-1．在常用螺纹类型中，主要用于传动的是________。A．矩形螺纹、梯形螺纹、普通螺纹B．矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹C．梯形螺纹、普通螺纹、管螺纹D．梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿螺纹3-2．当螺纹公称直径、牙型角线数相同时，细牙螺纹的效率________粗牙螺纹的效率。A．大于B．等于C．小于D．大于或等于3-3．螺纹联接中最常用的螺纹牙型是________。A．三角螺纹B．矩形螺纹C．梯形螺纹D．锯齿形螺纹3-4．用于薄壁形零件联接时，应采用________。A．多线三角粗牙螺纹B．三角细牙螺纹C．梯形螺纹D．锯齿形螺纹例3-7图长沙大学53-5．当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，粗牙螺纹的自锁性能比细牙螺纹的自锁性能________。A．好B．差C．相同D．不一定3-6．在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是________。A.单线矩形螺旋副B.单线梯形螺旋副C.双线矩形螺旋副D.双线梯形螺旋副3-7．拧紧可以使一定公称直径的普通螺栓取得一定的预紧力，如果要以比较小的拧紧力矩T来得到要求的预紧力QP，可采用________。A．细牙螺纹B．双线螺纹C．适当润滑D．增加螺母与被联接件支承面间的面积3-8.在螺纹联接中，按防松原理，采用双螺母属于________。A．摩擦防松B．机械防松C．破坏螺旋副的关系防松D．增大预紧力防松3-9．重要的受拉螺栓联接中，不宜用小于Ml2~Ml6的螺栓，其原因是：尺寸小的螺栓________。A．不用好材料，强度低B．需要的螺栓个数多C．拧紧时容易过载D．不能保证联接的刚度3-10．当两被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆卸时，往往采用_________。A．螺栓联接B．螺钉联接C．双头螺栓联接D．紧定螺钉联接3-11．当两被联接件之一太厚，不宜制成通孔，不需要经常拆卸时，往往采用_________。A．螺栓联接B．螺钉联接C．双头螺栓联接D．紧定螺钉联接3-12．某单个螺栓联接，要求被联接件接合面不分离，假定螺栓的刚度CL与被联接件的刚度CF相等，联接的预紧力为QP。现在对联接施加轴向载荷，当外载荷F达到与预紧力QP的大小相等时，________。A.被联接件发生分离，联接失效B.被联接件即将发生分离，联接不可靠C.联接可靠，但不能继续加载D.联接可靠，只要螺栓强度足够，载荷F还可以继续增加到接近预紧力QP的两倍3-13.某汽缸盖螺栓联接，若汽缸内气体压力在0~2MPa之间变化，则缸盖联接螺栓的应力类型为________。A．非对称循环变应力B．脉动循环变应力C．对称循环变应力D．非稳定循环变应力3-14．在螺纹联接设计中，被联接件与螺母和螺栓头的联接表面加工凸台或沉头座是为了长沙大学6________。A．使工作面均匀接触B．使接触面大些，提高防松能力C．安装和拆卸时方便D．使螺栓不受附加载荷作用3-15．受轴向变载荷的螺栓联接中，已知预紧力QP=8000N，工作载荷：Fmin=0，Fmax=4000N，螺栓和被联接件的刚度相等，则在最大工作载荷下，剩余预紧力为________。A．2000NB．4000NC．6000ND．8000N3-16．当螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓________。A.必受剪应力作用B.必受拉应力作用C.同时受到剪切和拉伸D.既可能受剪切，也可能受拉伸3-17．当铰制孔螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓________。A.必受剪应力作用B.必受拉应力作用C.同时受到剪切和拉伸D.既可能受剪切，也可能受拉伸3-18．对于受轴向载荷的紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的条件下，提高螺栓疲劳强度的措施为________。A．增加螺栓刚度，减小被联接件的刚度B．减小螺栓刚度，增加被联接件的刚度C．同时增加螺栓和被联接件的刚度D．同时减小螺栓和被联接件的刚度3-19．对于受轴向载荷的紧螺栓联接，当螺栓总拉力Q和剩余预紧力PQ′不变，减小螺栓的刚度，则螺栓的应力幅as和预紧力PQ也会发上变化。一般随着________。A．as减小，PQ也应适当减小B．as增大，PQ应适当减小C．as增大，PQ也应适当增大D．as减小，PQ应适当增大3-20．随着被联接件刚度的增大，螺栓的疲劳强度________。A．提高B．降低C．不变D．可能提高，也可能降低3-21．受轴向变载荷作用的紧螺栓联接，当增大螺栓直径时，螺栓的疲劳强度________。A．提高B．降低C．不变D．可能提高，也可能降低3-22．若要提高受轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，可以________。A．在被联接件之间加橡胶垫片B．采用精制螺栓C．减小预紧力D．增大螺栓长度3-23．采用悬置螺母的作用是________。A．使螺母中各圈螺纹受力均匀B．减小螺栓系统的刚