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（

1

d＝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/()0.5

b b m

c c c

+=，按紧密性要求，剩余预紧力

1

F=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

F。

1.计算每个螺栓允许的最大总拉力：

2

1

2

[]

(2)

4 1.3 20815 (1)

d

F

N

σπ

=

⨯

=

分

分

1、计算容器内液体最大压强

21

2

max

max

2.8 (1)

20815

7434 (1)

2.8

/4

(1)

12

1.82 (1)

a

F F F F

F N

D

F p

p MP

π

=+=

==

=

=

分

分

分

分

02

(2)

(208150.57434)17098 (1)

b

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d0=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)找出受力最大的螺栓并求出其所受的切应力？（5分）

F

O

1

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 1076.53601016)2

120

300(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 260r 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：7MPa .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

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