机械设计第七章答案

第五章 螺纹联接和螺旋传动

三、分析与思考题

5—40常用螺纹有哪几种类型？各用于什么场合？对联接螺纹和传动螺纹的要求有何不同？

答：常用螺纹的类型和应用参看教科书P 60表5—1。：

对联接螺纹的要求:联接可靠，当量摩擦系数大，自锁性能好。 对传动螺纹的要求:当量摩擦系数系数小，传动效率高。

5—41在螺栓联接中，不同的载荷类型要求不同的螺纹余留长度，这是为什么？ 答：螺纹的余留长度越长，则螺栓杆的刚度C b 越低,这对提高螺栓联接的疲劳强度有利。因此，承受变载荷和冲击载荷的螺栓联接，要求有较长的余留长度。

5—42联接螺纹都具有良好的自锁性，为什么有时还需要防松装置？试各举出两个机械防松和摩擦防松的例子。

答：在冲击、振动或变载荷的作用下，螺旋副间的摩擦力可能减小或瞬间消失，这种现象多次重复后，就会使联接松脱。在高温或温度变化较大的情况下，由于螺纹联接件和被联接件的材料发生蠕变和应力松弛，也会使联接中的预紧力和摩擦力逐渐减小，最终导致联接失效。因此螺纹联接需要防松。

例：开口销与六角开槽螺母、止动垫圈为机械防松；

对顶螺母、弹簧垫圈为摩擦防松。

5—43普通螺栓联接和铰制孔用螺栓联接的主要失效形式各是什么？计算准则各是什么？ 答：普通螺栓联接（受横向载荷）的主要失效形式：① 接合面滑移 ②螺栓杆被拉断 计算准则：

承载条件 螺杆的拉伸强度

铰制孔用螺栓联接的主要失效形式：① 螺杆被剪断 ② 螺杆与孔壁接触面被压溃（碎） 计算准则：

螺杆的剪切强度 螺杆与孔壁接触面的挤压强度

5—44计算普通螺栓联接时，为什么只考虑螺栓危险截面的拉伸强度，而不考虑螺栓头、螺母和螺纹牙的强度？

答：螺栓头、螺母和螺纹牙的结构尺寸是根据与螺杆的等强度条件及使用经验规定的，实践中很少发生失效，因此，通常不需进行其强度计算。

5—45 松螺栓联接和紧螺栓联接的区别是什么？在计算中如何考虑这些区别？ 答：松螺栓联接，装配时螺母不需要拧紧。在承受载荷之前，螺栓不受力。

紧螺栓联接，装配时螺母需要拧紧。在拧紧力矩作用下，螺栓除受预紧力F 0的拉伸而产生的拉应力外还受摩擦力矩T 1的扭转而产生的扭切应力，使螺栓处于拉伸与扭转的复合应力状态。

强度计算时，松螺栓联接只考虑工作载荷即可。

紧螺栓联接应综合考虑拉应力和扭切应力的作用，计入扭切应力的影响，即螺栓所受的轴向拉力乘以1.3。

5—46普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷或横向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷各是什么循环？

答：普通紧螺栓联接所受到的轴向工作载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷为

[]P min 0P σσ≤=L d F []τπτ≤=2

4d F []σπσ≤=21

431d F .if F K F S ≥0

F C C C F F m

b b

++

=0，即同方向（不变号）的非对称循环变载荷，0＜r ＜1；所受到的横向工作

载荷为脉动循环时，螺栓上的总载荷为预紧力，即大小不变的静载荷， r=1。

5—47螺栓的为8.8级，与它相配的螺母的性能等级应为多少？性能等级数字代号的含义是什么？

答：与之相配的螺母的性能等级应为8级或9级（d ＞16～39mm ）。

性能等级8.8 ，表示小数点前的数字8代表材料的抗拉强度极限的1/100(B /100，B =8×100MPa)，

小数点后的数字8代表材料的屈服极限(s )与抗拉强度极限(B)之比值(屈强比 )的10倍（10s /B , s =8B /10=640 MPa ）。

5—48在什么情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓的直径有关？试说明其原因。

答：在不控制预紧力的情况下，螺栓联接的安全系数大小与螺栓的直径有关，直径越小，则安全系数取得越大。因为扳手的长度随螺栓直径的减小而线性减短，而螺栓的承载能力随螺栓直径的减小而平方性降低。因此，螺栓直径越细越易过拧紧，造成螺栓过载断裂。所以小直径的螺栓应取较大的安全系数。

5—49图示螺栓联接结构中，进行预紧力计算时，螺栓的数目z 、接合面的数目i 应取多少？ 答：螺栓的数目z=4

接合面的数目i =2

5—50试用受力变形线图分析说明螺栓联接所受轴向工作载荷F ，当预紧力F 0一定时，改变螺栓或被联接件的刚度，对螺栓联接的静强度和联接的紧密性有何影响？

答：如图示，减小螺栓刚度（ ）或增大被联接件的刚度（ ），螺栓的总拉力F 2减小，螺栓联接的静强度提高；残余预紧力F 1减小，联接的紧密性下降。增大螺栓刚度或减小被联接件的刚度则相反。

5—51紧螺栓联接所受轴向变载荷在0～F 间变化，在保证螺栓联接紧密性要求和静强度要求的前提下，要提高螺栓联接的疲劳强度，应如何改变螺栓或被联接件的刚度及预紧力的大小？试通过受力变形线图来说明。

F F 题5—49图 题5—50图

0m

θ' 变形

力

F

F 1

F 2

F 0

b θ' F

F 1

m θ b θ F 1

F b θ'

m θ'题5—51图

θ b F

y

F 1

y F 2 y

F 0

y

△F

a ) 改变螺栓的刚度 0

b 0m θ m 变形 力 b ) 改变被联接件的刚度

0b

0m θ b

θ m 力 F

y

F 1

y F 2 y

F 0

y △F

b θ' △F

F 0

y

△F

F 0

y

m

θ'