机械设计习题卡05答案

第五章

一、选择与填空题

1． 1 _2_ 3__

2．_ 3 _1___ 1 _ 3

说明：自锁：ψϕ≤。两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。 螺纹传动效率：)(/ϕψψη+=tg tg 。ψ增大，η增大；ϕ增大，η减小。 牙型角α与当量摩擦系数f ϕ间的关系是：cos(/2)f f ϕα=。当α增大，f ϕ增大， ϕ增大。

3．__2__。 4．_ 90_％ _螺纹根部_ 5．_3_ 6． 4 7. C 8. B 9. A 10. A

11. B 12. A

二、分析与思考题

1．[见P60页表5-1。联接螺纹要求自锁性较好，强度高；传动螺纹要求传动效率高。]

2．[螺纹联接在冲击、振动或变载作用下，或当温度变化较大时，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，或由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松驰等，会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，导致联接松动，甚至松开。防松例子见P68表5-3]

3．[P70。普通螺栓联接：对受拉螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆螺纹部分发生断裂，因而其设计准则是保证螺栓的静力或疲劳拉伸强度；对于受剪螺栓，其主要破坏形式是螺栓杆和孔壁的贴合面上出现压溃或螺栓杆被剪断，其设计准则是保证联接的挤压强度和螺栓的剪切强度，其中联接的挤压强度对联接的可靠性起决定性作用。铰制孔用螺栓用抗剪切来承受外载荷，螺栓杆与孔壁之间无间隙，接触表面受挤压；在联接接合面处，螺栓杆则受剪切。因此，应分别按挤压及剪切强度条件来计算。]

4．紧螺栓靠预紧力产生的摩擦力来抵抗横向载荷，在抵抗横向载荷过程中，外载荷可能发生变化，但预紧力不会发生变化，因此螺栓上的应力为静应力。[P85降低螺栓疲劳强度的应力幅。非对称循环变应力]

5．[P83。根据螺母的性能等级不应低于与之相配螺栓的性能等级这一要求，螺母可选用9级。小数点前的数字代表材料的抗拉强度极限的1/100(/100B σ)，小数点后的数字代表材料的屈服极限（S σ或0.2σ）与抗拉强度极限（B σ）之比值的10倍（10/S B σσ）。]

6．[P84。不控制预紧力的普通螺栓联接，其安全系数大小与螺栓直径有关，其安全系数S 随螺纹直径增大而减小，因为尺寸小的螺栓在拧紧时容易产生过载，故采用加大安全系数的方法来弥补可能产生的过载。]

7．[P85-86。紧螺栓所受工作拉力在0～F 间变化，则螺栓所受总拉力将在02F F 之间变动。在保持预紧力0F 不变的情况下，减小螺栓刚度b C 或增大被联接件刚度m C 都可以减小总拉力2F 的变动范围，从而提高了螺栓联接的疲劳强度。但在此种情况下引起残余预紧力1F 减小，从而降低了联接的紧密性。]

8．[P86。为了减小螺栓的刚度，可适当增加螺栓的长度，或采用腰状杆螺栓和空心螺栓。为了增大被联接件的刚度，可以不用垫片或采用刚度较大的垫片。

对于需要保持紧密性的联接，从增大被联接件的刚度来看，可以采用刚度较大的金属垫片或密封环较好。]

9．[P86。实验证明，约有1/3的载荷集中在第一圈上，第八圈以后的螺纹牙几乎不承受载荷。因此，采用螺纹牙圈数过多的加厚螺母，并不能提高联接的强度。

为了改善螺纹牙上的载荷分布，常采用悬置螺母，减小螺栓旋合段本来受力较大的几圈螺纹牙的受力面或采用钢丝螺套。]

10．[伸出一只手，竖起大拇指，另外四指握拳，指尖指向旋转的方向，而拇指要指向螺旋的前进方向。如果与伸出的左手可以相符，称为左旋，与右手相符则称为右旋。另一个方法是，在旋转体生长或运动的一端，从垂直轴向看，顺时针旋转的为左旋；反之，逆时针旋转的为右旋。

砂轮主轴螺纹的旋向：紧固砂轮或砂轮卡盘的砂轮主轴端部螺纹的旋向必须与砂轮工作时旋转方向相反[这样可以保证在螺母在旋转的过程中所产生的轴向力是将螺母旋紧]。砂轮机轴

转动一般为右旋，所以两端固定砂轮用的螺纹为左旋。]

11．[自锁：ψϕ≤。两者数值越接近，自锁性能越差；数值相差越大，自锁性能越好。 螺纹传动效率：)(/ϕψψη+=tg tg 。ψ增大，η增大；ϕ增大，η减小。

牙型角α与当量摩擦系数f ϕ间的关系是：cos(/2)f

f ϕα=。当α增大，f ϕ增大， 三角螺纹牙型角大（一般为60°），矩形螺纹（=0°）和梯形螺纹牙型角较小。]

12．[P92。滑动螺旋的主要失效形式是螺纹磨损。其基本尺寸是根据耐磨性条件确定的。]

13．[P91。滑动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，但其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低，磨损快，传动精度低等。滚动螺旋摩擦阻力小，传动效率高，但结构复杂。]

14．[P70。螺栓的其他部分是根据等强度条件及使用经验规定的，通常都不需要进行强度计算。]

15. 16. 螺栓应进行耐磨性计算和强度计算，同时还要进行自锁验算与稳定性校核。对于螺母的螺纹牙要进行剪切强度校核，对其凸缘要进行挤压和弯曲强度的校核。

17. 螺旋传动中，设计螺纹直径一般按抗拉、扭强度来进行初步设计。实际上，螺纹副的磨损是比较主要的失效形式。帮要进行螺母（比螺杆的材料要弱）螺纹的压强校核。限制p ≤

[p]主要是利用此耐磨条件性计算未考虑磨损的影响。

三、计算题：

1．解：⑴找出承受最大工作剪力的螺栓。

4个螺栓在园周上均匀分布，故承受工作剪力相等，设为F 。则有，

332/2/100101000/1001010000F T r T N --==⨯=⨯=， 3/4/2630/2130102423F T r T D N -===⨯⨯=

⑵求出螺栓性能参数

螺栓的性能等级为8.8，所以800B MPa σ=，/0.8S B σσ=，640S MPa σ=

查P84表5-10，取 2.5S τ=， 2.5P S =，所以

640[]2562.5S MPa S τστ=== 800[]3202.5B P P MPa S σσ===

⑶校核螺栓的挤压强度

330min 242310.35(1310)(1810)P F MPa d L σ--===⨯⨯⨯

[说明,0d 不能取12mm ，因为铰制孔用螺栓螺纹部分比光孔略小。 min L 也不能取20mm ，见P76图5-18]