32-北航机械设计答案—螺纹连接(2)
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第32章螺纹连接的设计32-1试找出图32-27中所示螺纹连接结构中的错误，并改正。
（a）
（b）
（c）
（d）
图32-27
32-13有一刚性凸缘联轴器，用材料为Q235的普通螺栓连接以传递转矩T，现欲提高其传递的转矩，但限于结构不能增加螺栓的直径和数目，试提出三种能提高联轴器传递转矩的方法。
答：①可以适当增加结合面的数量；
②可以适当增加预紧力；
③可以适当增加接合面的粗糙度，以提高摩擦因数。
（如果第1种，不能实现，可以增加结合面数量）
32-26图32-43为由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架，两块边板各用4个螺栓与工字钢相连接，托架所受载荷随吊重量不同而变化，其最大载荷为20kN。试确定应采用哪种连接类型，并计算出螺栓直径。
图32-43
解：根据托架的结构，可以采用普通螺栓连接或铰制孔螺栓连接。
（1）采用普通螺栓连接
螺栓组受横向载荷：kN
F
R
20
=
旋转力矩：m
N
m
N
L
F
T
R
⋅
=
⋅
⨯
=
⋅
=6000
300
20
①在横向载荷
R
F作用下，各螺栓所受预紧力，由公式（32-23），取12
.0
,2.1=
=
f
f
kμ，8
,1=
=z
m可得
kN
kN
mz
F
k
F
s
R
f25
8
1
12
.0
20
2.1
1
'=
⨯
⨯
⨯
=
=
μ
② 在旋转力矩作用T 下，各螺栓所受预紧力，由公式（32-27）可得
kN kN r T
k F z
i i
s f 71.702
75812.060002.11
2'=⨯⨯⨯=
=
∑=μ
其中mm mm r r r 2751501502
1
22821=+=
===
(此题应该采用你第一次的方法，只是21F F F '+'=')，因为预紧力的方向为轴向方向，直接相加
从图32-43（b ）可知，各螺栓所受合预紧力为
kN
kN kN
F F F F F 14.90135cos 71.7025271.7025135cos 222'2'12
'22'1'=⨯⨯⨯-+=-+= 选取螺栓强度等级为10.9级，可得MPa s 900=σ，取螺栓连接的安全系数5.1][=S ，则螺栓材料的许用应力MPa MPa S s 6005.1/900]/[][===σσ，则所需的螺栓危险剖面的直径为
mm mm F d 78.15600
14.31014.903.14][3.143
'=⨯⨯⨯⨯=⨯=σπ
按GB169-81，选用M16的螺栓。
（请用下面的方法计算一下，看看结果）结果差距很大 先把横向力合成，得到最大的横向力，然后用（32-23），计算预紧力。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
在横向载荷20kN 的作用下，各螺栓所受的横向力为
kN kN z F F R R 5.28
20'===
在旋转力矩T 的作用下，各螺栓所受横向力为
kN kN r
T
k F F z
i i
f s R 49.82
75860002.11
'2'
=⨯⨯=
=
=∑=μ
kN
kN kN
F F F F F R R R R R 45.19135cos 49.85.2249.85.2135cos 222'''2
''2'=⨯⨯⨯-+=-+= 合成 各螺栓的预紧力为：
kN kN m
F k F s R f 5.1941
12.045
.192.1'
=⨯⨯=
=
μ合成
螺栓直径：
mm mm F d 13.23600
14.3105.1943.14][3.143
'=⨯⨯⨯⨯=⨯=σπ
按GB169-81，选用M24的螺栓。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
（2）采用铰制孔螺栓连接
① 在横向载荷R F 作用下，各螺栓所受剪力，由公式（32-25）可得
kN kN z F F R s 5.28
20===
② 在旋转力矩作用T 下，各螺栓所受剪力，由公式（32-31）可得
kN kN r Tr F z
i i s 07.7)
275(827560002
1
2
max
max =⨯⨯=
=
∑=
其中mm mm r r r r 2751501502
1
22821max =+=
==== 从图32-43（c ）可知，各螺栓所受合剪力为
kN
kN kN
•F F F F F s s s s sR 01.9135cos 07.75.2207.75.2135cos 222max 2
max 2
=⨯⨯⨯-+=-+= 选取螺栓强度等级为4.6级，可得MPa s 240=σ，取螺栓连接的安全系数5.2][=τS ，
5.2][=p S ，则螺栓材料的许用剪应力MPa MPa S s 965.2/240]/[][===τστ，许用挤
压应力MPa MPa S p s p 965.2/240]/[][===σσ，则所需的螺栓危险剖面的直径为
按许用剪应力计算 mm mm m F d sR 94.101
9614.31001.94][43
1=⨯⨯⨯⨯==
τπ