1、機(jī)械設(shè)計(jì) 第五章 課后習(xí)題5-1分析比較普通螺紋、管螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋的特點(diǎn)，各舉一例說(shuō)明它們的應(yīng)用5-2將承受軸向變載荷的聯(lián)接螺栓的光桿部分做得細(xì)些有什么好處？5-2分析活塞式空氣壓縮氣缸蓋聯(lián)接螺栓在工作時(shí)的受力變化情況，它的最大應(yīng)力，最小應(yīng)力如何得出？當(dāng)氣缸內(nèi)的最高壓 力提高時(shí)，它的最大應(yīng)力，最小應(yīng)力將如何變化？5-4 ?圖5-49所示的底板螺栓組聯(lián)接受外力FX作用在包含x軸并垂直于底板接合面的平面內(nèi)。試分析底板螺栓 組的受力情況，并判斷哪個(gè)螺栓受力最大？堡證聯(lián)接安全工作的必要條件有哪些？is 5-49聯(lián)接5-5圖5-50是由兩塊邊板和一塊承重板焊成的龍門起重機(jī)導(dǎo)軌托架。兩塊邊板各

2、用4個(gè)螺栓與立柱相聯(lián)接，托架所承受的最大載荷為KN載荷有較大的變動(dòng)。試問(wèn)：此螺栓聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接還是鉸制孔用螺栓聯(lián)接為宜？ 為什么？5-6已知托架的邊板用6個(gè)螺栓與相鄰的機(jī)架相聯(lián)接。托架受一與邊板螺栓組的垂直對(duì)稱軸線相平行、距離為 mm大小為60KN的載荷作用。現(xiàn)有如圖5-51所示的兩種螺栓不知型式，設(shè)采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，試問(wèn)哪一種 不知型式所用的螺栓直徑較??？為什么？廠r氏DO-P t JIDk 7(h-125p I4”ki)5-7圖5-52所示為一拉桿螺紋聯(lián)接。已知拉丁所受的載荷F=56KN載荷穩(wěn)定，拉丁材料為 Q235鋼，試設(shè)計(jì)此聯(lián)接。5-8兩塊金屬板用兩個(gè)M12的普通螺栓聯(lián)接。若

3、接合面的摩擦系數(shù)f=0.3,螺栓預(yù)緊力控制在其屈服極限的 70%螺栓用性能等級(jí)為4.8的中碳鋼制造，求此聯(lián)接所能傳遞的橫向載荷。5-9受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接，被聯(lián)接鋼板間采用橡膠墊片。已知螺栓預(yù)緊力Fo=15000N當(dāng)受軸向工作載荷F= 10000N時(shí)，求螺栓所受的總拉力及被聯(lián)接件之間的殘余預(yù)緊力。5-10圖5-24所示為一汽缸蓋螺栓組聯(lián)接。已知汽缸內(nèi)的工作壓力P=01MPa缸蓋與缸體均為鋼制，直徑D1=350mm,D2=250mfa、下凸緣厚均為 25mm試設(shè)計(jì)此聯(lián)接。圖5-24受軸向裁荷的煤栓組聯(lián)蠱5-11設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單千斤頂（參見(jiàn)圖5-41 ）的螺桿和螺母的主要尺寸。起重量為 40000N起重

4、高度為200mm材料自 選。ffl5-4J螺艇起蕭參考答案5-1 :螺紋類型普通螺紋特點(diǎn)應(yīng)用牙形為等力三角形，牙型角60o,內(nèi)外螺紋旋合后留 有徑向間隙，外螺紋牙根允許有較大的圓角，以減少 應(yīng)力留集中。同一公稱直徑按螺距大小，分為粗牙和 細(xì)牙。細(xì)牙螺紋升角小，自鎖性較好，搞剪強(qiáng)度高， 但因牙細(xì)在耐磨，容易滑扣一般聯(lián)接多用粗牙螺紋，細(xì)牙螺 紋常用于細(xì)小零件、薄壁管件或 受沖擊、振動(dòng)和變載荷的連接中， 也可作為微調(diào)機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺紋用管螺紋牙型為等腰三角形，牙型管聯(lián)接用細(xì)牙普通螺紋薄壁管件角55o,內(nèi)外螺紋旋合后無(wú) 徑向間隙，牙頂有較大的 圓角非螺紋密封的55o圓柱管螺紋管接關(guān)、旋塞、閥門及其他附件用

5、螺紋密封的55o圓錐管螺紋管子、管接關(guān)、旋塞、閥門及其他螺紋連接的附件米制錐螺紋氣體或液體管路系統(tǒng)依靠螺紋密封的聯(lián)接螺紋梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙側(cè)角3o,內(nèi)外螺紋以錐面巾緊 不易松動(dòng)，工藝較好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好最常用的傳動(dòng)螺紋鋸齒形螺紋牙型不為等腰梯形，工作面的牙側(cè)角 3o，非工作面 的牙側(cè)角300。外螺紋牙根有較大的圓角，以減少應(yīng) 力集中。內(nèi)外螺紋旋合后，大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中。 兼有矩形螺紋傳動(dòng)效率咼和梯形螺紋牙根旨度咼的 特點(diǎn)只能用于單向受力的螺紋聯(lián)接或螺旋傳動(dòng)，如螺旋壓力機(jī)5-2答：可以減小螺栓的剛度，從而提高螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度。5-3 解：F = P-D2 !z,F2 = Fq +

6、兀% = 1.鷗 q+q4最大應(yīng)力出現(xiàn)在壓縮到最小體積時(shí)， 最小應(yīng)力出現(xiàn)在膨脹到最大體積時(shí)。 當(dāng)汽缸內(nèi)的最高壓力提高時(shí)，它的最大應(yīng)力增大，最小應(yīng)力不變。5-4解將尺力蒔效轉(zhuǎn)化到底板面上.可知底板受到軸問(wèn)力易，橫向力忌和傾覆力犯JL *1）底板最左側(cè)的蟀栓受力最大，應(yīng)驗(yàn)算該蛭栓的竝伸強(qiáng)度.要求枚應(yīng)力csac *C2）應(yīng)驗(yàn)算底板右側(cè)邊緣的最大擠應(yīng)力要求最大擠壓應(yīng)力礙喚勻巧* ”（3）應(yīng)驗(yàn)算底板右側(cè)邊緣的最小擠應(yīng)力要求最小擠壓應(yīng)力込X（4）應(yīng)驗(yàn)算底板在橫向力作用下是否會(huì)滑移”要求摩撩力刁忌5-5采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接為宜, 轉(zhuǎn)矩。因?yàn)橥屑芩惺艿妮d荷有較大變動(dòng)，普通螺栓聯(lián)接靠接合面產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗

7、由公式FA 呼一/+與 + Q）於 q可求得螺栓的最小直徑，鉸制孔用螺栓時(shí)，由公式時(shí)的最小直徑，兩個(gè)直徑進(jìn)行比較可得出鉸制孔用螺栓的直徑小。2-1及擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度公式可以計(jì)算出此5-6螺栓組受到的剪力F和轉(zhuǎn)矩T(T-FL)，設(shè)剪力F分在各螺栓上的力為乩 轉(zhuǎn)矩 T分在各個(gè)摞栓上的力為Fj* p(1) 在圖5. 23 (a)在蛭栓布置方案中*各螺拴軸線到螺栓組對(duì)稱中心的距離 都為r,即r=125ni故卩Fi=l/6F=10KN*=FL/6r=40A7/由圖可知，最左和最右的螺栓受力最大為.F2=40+10=50KN(2) 對(duì)于圖5.23 (b)Fi=l/6F=10K4FLr巧“=宀橫=2440

8、審*-iF = jF： + F； + 2F,Fgs8 = 33.6由以上數(shù)什可以得岀.采用圖5. 23 (b)的布置型式所用的螺栓直徑較小。5-7解 該題屬于松螺栓聯(lián)接的題目。拉伸強(qiáng)度條件為.拉桿材料為Q235,其b二95肝比屮災(zāi)燈=27.4 2X95X10*54所以取螺栓選用的直住d二30mm.5-8解 螺栓數(shù)目為2,接合面數(shù)為1.取防滑系數(shù)為K驢1.2,性能等級(jí)為4.8的碳 鋼二32DHP0則螺栓所需預(yù)緊力F0為恥竺得岀 F L = 2x105-101 爲(wèi)5-9解 采用樣墊片密封，取蛭栓的相對(duì)刖度 丄一 =00由敦材兮式（5-18）. 螺栓的總竝力F嚴(yán)*- 24000 V.U由鞍材公式（5

9、J5）*殘余預(yù)緊力為* Fl=F214000N-解 （1）確定螺栓數(shù)z和直徑d*查教材5-5,螺栓間距心Y 7孔取心6山取2=12.則螺栓間距.站 二 蘭込=*jz螺栓直徑左tO/492/6二15. 33盹取隹16頑*（2選擇螺栓性能等級(jí)。選擇螺栓性能等級(jí)為8. 8級(jí)，查教材表5吃提*- 300MPafas = 640MPa 卩（3）計(jì)算螺栓上的載荷.作用在氣缸上的最大壓力F和單個(gè)螺栓上的工作載荷F分別為卩ttD2F =7363WE 4 * ,F = = 6136AT z取殘余預(yù)緊力F1=L 5F,由教材公式Z（5-15）,螺栓的總載荷-F2二F1+F二2 5F=2. 5*6136=15340

10、（4）許用應(yīng)力。按不控制預(yù)緊力確定安全系數(shù)，查教材表5-10,取阻4,許用拉應(yīng)力.0二匸16。必心 g（5）驗(yàn)算螺栓的逼度查手冊(cè)，螺栓的大徑d=16imJ水徑dl=13. 835min.取螺栓公稱長(zhǎng)度1=70由教材公式（5-19）,螺栓的計(jì)算應(yīng)力耳嚴(yán)公冬=1弦7切七Y0W-dl4 1滿足強(qiáng)度條件。螺栓的標(biāo)記為GE/T 5782-86M16X70,螺栓數(shù)量滬12川5-11解： 選作材料。螺栓材料等選用45號(hào)鋼耳二3。0伽。螺母材料選用ZCuA19Mn2查表確定需用壓強(qiáng)P=15MPa.（2）確定螺紋牙型。梯形螺紋的工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好，本題采用梯形螺紋。（3）按耐磨性計(jì)算初選螺紋的中徑。

11、因選用梯形螺紋且螺母兼作支承，故取二 ，根據(jù)教材式（5-45）得但對(duì)中小尺寸的螺桿，可認(rèn)為上，所以上式可簡(jiǎn)化為1.按螺桿抗壓強(qiáng)度初選螺紋的內(nèi)徑。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，其強(qiáng)度條件為 = 1.3a=l3Q/A4.本題取值為5.故（5）綜合考慮，確定螺桿直徑。比較耐磨性計(jì)算和抗壓強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果，可知本題螺桿直徑的選定應(yīng)以抗壓強(qiáng) 度計(jì)算的結(jié)果為準(zhǔn)，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5796-1986選定螺桿尺寸參數(shù)：螺紋外徑d=44mm螺紋內(nèi)徑d仁36mm螺紋中 徑d2=40.5mm螺紋線數(shù)n=1,螺距P=7mm.（6）校核螺旋的自鎖能力。對(duì)傳力螺旋傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，一般應(yīng)確保自鎖性要求，以避免事故。本題螺桿的材料為鋼，a r

12、B螺母的材料為青銅，鋼對(duì)青銅的摩擦系數(shù) f=0.09（查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)）。因梯形螺紋牙型角-, 所以= arctan 人=arctan= 5*19cos 0因y-PV,可以滿足自鎖要求。注意：若自鎖性不足，可增大螺桿直徑或減沾上螺距進(jìn)行調(diào)整。（7）計(jì)算螺母高度H.因選二-所以H#1取為102mm螺紋圈數(shù)計(jì)算：z=H/P=14.5螺紋圈數(shù)最好不要超過(guò)10圈，因此宜作調(diào)整。一般手段是在不影響自鎖性要求的前提下，可適當(dāng)增大螺距P,而本題螺桿直徑的選定以抗壓強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果為準(zhǔn)，耐磨性已相當(dāng)富裕，所以可適當(dāng)減低螺母高度。現(xiàn)取螺母高度H=70mm則螺紋圈數(shù)z=10,滿足要求。（8）螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算。由于螺桿材料強(qiáng)度一般遠(yuǎn)大于螺母材料強(qiáng)度，因此只需校核螺母螺紋的牙根強(qiáng)度。根據(jù)教材表5-13，對(duì)于青銅螺母 U ,這里取30MPa由教材式（5-50 ）得螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切應(yīng)力為二丁滿足要求螺母螺紋根部一般不會(huì)彎曲折斷，通常可以不進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。（9）螺桿的穩(wěn)