机械设计复习题-(1)

机械设计复习题-(1)

螺纹连接

1、一压力容器盖螺栓组连接如图所示，已知容器内径D=250mm ，内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16（1d ＝13.835mm ）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力[]180MPa σ=，螺栓的相对刚度/()0.5b

b m

c c c +=，按紧密性要求，剩余预紧力1F =1.83F ，F 为螺栓的轴向工作载荷。试

计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强

max p 及每个螺栓连接所需的预紧力0F 。

1.计算每个螺栓允许的最大总拉力：

2

12[].........................24 1.3

20815.............................1d F N σπ=⨯=分

分

1、 计算容器内液体最大压强

212

max max 2.8 (120815)

7434.....................12.8

/4 (112)

1.8

2..............................1a F F F F F N D F p p MP π=+==

===分

分分

分

02...........................................2(208150.57434)17098......................1b

b m C F F F C C N =-

+=-⨯=分

分

2.

如图所示的矩形钢板，用4个M20的铰制孔用

螺栓（受剪处直径d 0=21mm ）固定在槽钢上，各尺寸关系如图所示（单位：mm ），钢板悬臂端受外载荷F Q =16kN ，试求：

1) 螺栓组受哪几种外载荷作用，各自载荷多少？（3分）

2)

1.螺栓组受到两种外载荷作用:

① 横向力 F=F Q =16kN ② 转矩 mm

N 1076.536010

16)2

120300(63

⋅⨯=⨯⨯=+=F T

2）由横向力F 引起的各螺栓所受的剪力F i 相等：

N

1044

10164F 33

i ⨯=⨯==F

由于各螺栓的力矩r 相等，由转矩T 引起的各螺栓所受的剪力F j 相等：

∑=

=2

i max jmax j

r Tr F F

且 2

60r r

i max

==

所以，可得

16973N

2

6041076.54r T F 6

i j =⨯⨯==

由图示受力分析可知，螺栓2和4受力最大，其所受剪力的合力为：

N

10216973cos45104216973)104(cos45F 2F F F F F 4

3

2

2

3j i 2j 2i 42⨯=⨯⨯⨯++⨯=++==

其切应力为：7M P a

.57214

102d 4

F 2

4

2

2

42

=⨯⨯=

=

=π

π

ττ

3.下图表示两平板用2个M20的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N ，若取接合面间的摩擦系数ƒ=0.2，可靠性系数K S =1.2，螺栓材料的的许用应力[σ]=2N/mm 2安全系数S=2，螺栓的小径d 1=17.294mm 。试校核螺栓的强度。

解：螺栓预紧后，接合面所产生的摩擦力等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F0，

则由平衡条件得：

受预紧力螺栓强度为：

所以，该螺栓联接件满足强度条件。

4.

5.

6.(15分)有一受预紧力F

0和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，已知预紧力F

＝

1000 N，螺栓的刚度Cb与连接件的刚度Cm相等，轴向工作载荷F=1000N，试计

算该螺栓所受的总拉力F

2＝?剩余预紧力F

1

＝?在预紧力F

不变的条件下，若保

证被连接件间不出现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷F

max

为多少?

(F1=F0-（1-Cb/(Cb+Cm))F>=0)

5.(15分)图3-1示螺栓联接中,采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力[σ]

＝l60N／mm2，联接件接合面间摩擦系数f＝0.20，防滑系数K

s

＝1.2，计算该联

接件允许传递的静载荷F＝?(M20的螺栓d

1

＝17.294mm)(10分)

螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各

螺栓所需预紧力均为F

则由平衡条件

可得

(4分)

螺栓危险截面的强度条件为

于是得 (4分)

6. 一钢制液压油缸，缸内油压P＝2.5MPa(静载)，油缸内径 D＝125mm，缸盖由

6个M16的螺钉联接在缸体上.螺钉刚度 C

b 与缸体缸盖的刚度 C

m

之比为l/4，螺

钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S＝1.5，M16螺钉的小径d

1

=13.835mm.

若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力Q

P ‘＞1.5F.试分析预紧力Q

P

应控制

在什么范围内才能满足此联接的要求?

解

1.计算单个螺钉的工作拉力 F（2分）

油缸盖联接所受的载荷 F

Σ=pπD 2/4，每个螺钉的工作拉力F＝F

Σ／6＝p×

πD2/4/6＝2.5 π(125)2／4/6＝5113.27 N 2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2分）

螺钉材料性能等级为5.6级，σ

s ＝300MPa，许用应力[σ]= σ

s

/S＝300/1.5

＝200MPa.由强度条件σ

ca

＝1.3Q/( πd2/4)≤[σ]

Q≤πd2[σ]/4/1.3＝π×13.8352×200/4/1.3＝23127.83 N

3.求预紧力 Q

p

的允许范围（2分）

1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力

Q＝Q

p 十C

b

/（C

b

+C

m

）F≤23127.83 N

∴ Q

p

≤23127.83-0.2F＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17 N

2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，Q

P

‘≥1.5F

∴ Q

P ‘＝Q

p

- C

m

/（C

b

+C

m

）F=Q

p

-0.8F≥1.5F

即 Q

p

≥1.5F十0.8F＝2.3F＝l1760.52 N

由以上计算结果可知，预紧力Q

p

应控制为

l1760.52 N ≤Q

p

≤22105.17 N

二．传动分析题