机械设计复习参考题(第5章螺纹联接)
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第5章 螺纹联接与螺旋传动
重要基本概念
1.常用螺纹有哪几类?哪些用于联接,哪些用于传动,为什么?哪些是标准螺纹?
常用的有:三角螺纹,矩形螺纹,梯形螺纹和锯齿形螺纹。
三角螺纹用于联接,其余用于传动。
因三角螺纹自锁性好,其它螺纹传动效率高。
除矩形螺纹外,其余均为标准螺纹。
2.何谓螺纹联接的预紧,预紧的目的是什么?预紧力的最大值如何控制?
螺纹联接的预紧是指在装配时拧紧,是联接在承受工作载荷之前预先受到预紧力的作用。
预紧的目的是增加螺纹联接的刚度、保证联接的紧密性和可靠性(防松能力)。
拧紧后,预紧应力的大小不得超过材料屈服极限σS 的80%。
3.螺纹联接有哪些基本类型?适用于什么场合?
螺纹联接有4中基本类型。
螺栓联接:用于被联接件不太厚且两边有足够的安装空间的场合。
螺钉联接:用于不能采用螺栓联接(如被联接件之一太厚不宜制成通孔,或没有足够的装配空间),又不需要经常拆卸的场合。
双头螺柱联接:用于不能采用螺栓联接且又需要经常拆卸的场合。
紧定螺钉联接:用于传递力和力矩不大的场合。
4.紧螺栓联接的强度也可以按纯拉伸计算,但须将拉力增大30%,为什么? 考虑拧紧时的扭剪应力,因其大小约为拉应力的30%。
5.提高螺纹联接强度的措施有哪些?
1)改善螺纹牙间的载荷分配不均;2)减小螺栓的应力幅;3)减小螺栓的应力集中;4)避免螺栓的附加载荷(弯曲应力);5)采用合理的制造工艺。
6.为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈(使用过厚的螺母不能提高螺纹联接强度)?
因为螺栓和螺母的受力变形使螺母的各圈螺纹所承担的载荷不等,第一圈螺纹受载最大,约为总载荷的1/3,逐圈递减,第八圈螺纹几乎不受载,第十圈没用。
所以使用过厚的螺母并不能提高螺纹联接强度。
7.联接螺纹能满足自锁条件,为什么还要考虑防松?根据防松原理,防松分哪几类?
因为在冲击、振动、变载以及温度变化大时,螺纹副间和支承面间的摩擦力可能在瞬间减小或消失,不再满足自锁条件。
这种情况多次重复,就会使联接松动,导致机器不能正常工作或发生严重事故。
因此,在设计螺纹联接时,必须考虑防松。
根据防松原理,防松类型分为摩擦防松,机械防松,破坏螺纹副关系防松。
精选例题与解析
例3-1 如图所示,用8个M24(d 1=20.752 mm )的普通螺栓联接的钢制液压油缸,螺栓材料的许
用应力][σ=80 MPa ,液压油缸的直径D =200 mm ,为保证紧密性要求,剩余预紧力为P
Q ′=1.6F ,试求油缸内许用的的最大压强P max 。
长
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解题要点:
1.先根据强度条件求出单个螺栓的许用拉力Q ; 2.在求许用工作载荷F 。
解: 根据:
][ ≤43.1=
21
σπσd Q
ca , 解得: Q ≤][ 3.1×4 21σπd =80×3.1×4752.20 2π=20814 N
依题意:
F F F F Q Q P
6.26.1=+=+′= 由: 2.6F = 20814,解得:F = 8005 N
汽缸许用载荷: F Σ = z F = 8F = 64043 N 根据: 6404342
max ==∑D p F π
解得:
04.220064043442
2max =××==ΣππD F p MPa
例3-5 如例3-5图1所示螺栓联接,4个普通螺栓成矩形分布,已知螺栓所受载荷R = 4000 N ,L =300mm ,r =100mm ,接合面数m =1,接合面间的摩擦系数为f = 0.15,可靠性系数K f = 1.2,螺栓的许用应力为][σ=240MPa ,试求:所需螺栓的直径(d 1)。
解:
(1) 将R 简化到螺栓组形心,成为一个横向载荷R 和一个转矩T ,如例3-5图2所示,其中:
510123004000×=×==RL T Nmm
(2) 求每个螺栓联接承受的分力
R 的分力:F SR = R/z = 4000/4 =1000 N T 的分力:3000100
410125
=××==
=
∑zr T r T
F i
ST N (3求F S max
°++=45cos 22
2max ST SR ST SR S F F F F F
=°××++45cos 3000100023000100022= 3774 N
(4) 据不滑移条件:Q P f m ≥K f F S max 所需预紧力Q P :
fm F K Q S f P max ==115.037742.1××= 30192 N
(5) 根据强度条件:214
3.1d Q P
ca πσ=
≤][σ
例3-5图1
例3-5图2长
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求得螺栓小径d 1:
π
σπ24030192
3.14][3.141××=×=
P Q d =14.430mm
讨论1:如果本题改为用铰制孔螺栓联接,在解法上有什么相同和
不同之处?
1.求F SR 、F ST 和F S max 的方法相同,但求F ST 的公式应为:
2
max max i S r Tr F Σ=
2.铰制孔螺栓联接不用求预紧力,因为F S max 就是铰制孔螺栓解所受的剪力。
3.强度条件不同。
铰制孔螺栓联接的可靠性条件是剪切强度和挤压强度。
讨论2:如果螺栓的布置改为如例3-5图3所示,螺栓中心到螺栓组形心的距离 r 不变。
问那种布置方案更合理?为什么?
原来的布置方案更合理。
因为在例3-5图3的方案中,螺栓1承载的两个分载荷F SR 和F ST 方向相同,合成后的F S max 比原方案大。
载荷大,所需螺栓尺寸就大。
例3-6 图示的夹紧联接中,柄部承受载荷P = 600N ,柄长L =350mm ,轴直径d b =60mm ,螺栓个数z =2,接合面摩擦系数f = 0.15,螺栓机械性能等级为8.8,取安全系数S =1.5,可靠性系数K f = 1.2,试确定螺栓直径。
解题注意要点:
1.螺栓只受预紧力Q P ; 2.滑移面是轴的圆周;
3.夹紧力R 产生摩擦力传递转矩PL 。
4.夹紧力R 由预紧力Q P 产生. 解:
根据不滑移条件: PL K fRd f b = 所需夹紧压力R : 280006015.0350
6002.1=×××=
=
b f fd PL
K R N
所需预紧力Q p : 140002
28000
===Z R Q p N
螺栓材料的屈服极限640=S σMPa 。
许用应力为:
4275
.1640][===S S σσ MPa
根据强度条件:214
3.1d Q P
ca πσ=
所需螺栓的小径为:37.7427
14000
3.14][3.141=×××=××≥πσπp Q d mm
查粗牙普通螺纹基本尺寸标准GB196-81,选用M10的螺栓,其小径376.81=d mm 。
例3-7 图示为一圆盘锯,锯片直径D =500 mm ,用螺母将其压紧在压板中间。
如锯片外圆的工作阻力F t = 400N ,压板和锯片间的摩擦系数f = 0.15,压板的平均直径D 1=150mm ,取可靠性系数K f =1.2,轴的材料为45钢,屈服极限S σ=360MPa ,安全系数S =1.5,确定轴端的螺纹直径。
例3-5图3
例3-6图长
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解题注意要点:
1.此题为受横向工作载荷的普通螺栓联接 2.螺栓只受预紧力Q P ;
3.因只有左侧压板和轴之间有轴毂联接,即只有一个滑移面,是锯片和左侧压板之间,m =1;
解:1)外载荷——最大转矩
1000002
500
4002=×=⋅=D F T t Nmm
2)作用于压板处的横向工作载荷
1333150100000
2211=×=
=D T R N 3)根据不滑移条件计算预紧力
10667
1115.013332.1=×××=≥fmz R K Q f p N
4 计算螺栓直径
2405
.1360
][===
S S σσ MPa 根据公式(6-11)螺栓的最小直径为
[]
58.8240
14.310667
3.143.141=×××=
××≥
σπp
Q d mm
查粗牙普通螺纹基本标准GB196-81,选用M12的螺栓,其小径106.101=d mm 。
自测题与答案
一、选择题
3-1.在常用螺纹类型中,主要用于传动的是________。
A .矩形螺纹、梯形螺纹、普通螺纹 B .矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹 C .梯形螺纹、普通螺纹、管螺纹
D .梯形螺纹、矩形螺纹、锯齿螺纹
3-2.当螺纹公称直径、牙型角线数相同时,细牙螺纹的效率________粗牙螺纹的效率。
A .大于 B .等于 C .小于
D .大于或等于
3-3.螺纹联接中最常用的螺纹牙型是________。
A .三角螺纹
B .矩形螺纹
C .梯形螺纹
D .锯齿形螺纹
3-4.用于薄壁形零件联接时,应采用________。
A .多线三角粗牙螺纹
B .三角细牙螺纹
C .梯形螺纹
D .锯齿形螺纹
长
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3-5.当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时,粗牙螺纹的自锁性能比细牙螺纹的自锁性能________。
A .好
B .差
C .相同
D .不一定
3-6.在下列四种具有相同公称直径和螺距,并采用相同材料的传动螺旋副中,传动效率最高的是________。
A. 单线矩形螺旋副
B. 单线梯形螺旋副
C. 双线矩形螺旋副
D. 双线梯形螺旋副
3-7.拧紧可以使一定公称直径的普通螺栓取得一定的预紧力,如果要以比较小的拧紧力矩T 来得到要求的预紧力Q P ,可采用________。
A .细牙螺纹
B .双线螺纹
C .适当润滑
D .增加螺母与被联接件支承面间的面积
3-8. 在螺纹联接中,按防松原理,采用双螺母属于________。
A .摩擦防松
B .机械防松
C .破坏螺旋副的关系防松
D .增大预紧力防松
3-9.重要的受拉螺栓联接中,不宜用小于Ml2 ~ Ml6 的螺栓,其原因是:尺寸小的螺栓________。
A .不用好材料,强度低 B .需要的螺栓个数多 C .拧紧时容易过载
D .不能保证联接的刚度
3-10.当两被联接件之一太厚,不宜制成通孔,且需要经常拆卸时,往往采用_________。
A .螺栓联接
B .螺钉联接
C .双头螺栓联接
D .紧定螺钉联接
3-11.当两被联接件之一太厚,不宜制成通孔,不需要经常拆卸时,往往采用_________。
A .螺栓联接
B .螺钉联接
C .双头螺栓联接
D .紧定螺钉联接
3-12.某单个螺栓联接,要求被联接件接合面不分离,假定螺栓的刚度C L 与被联接件的刚度C F 相等,联接的预紧力为Q P 。
现在对联接施加轴向载荷,当外载荷F 达到与预紧力Q P 的大小相等时,________。
A. 被联接件发生分离,联接失效
B. 被联接件即将发生分离,联接不可靠
C. 联接可靠,但不能继续加载
D. 联接可靠,只要螺栓强度足够,载荷F 还可以继续增加到接近预紧力Q P 的两倍 3-13.某汽缸盖螺栓联接,若汽缸内气体压力在0 ~ 2 MPa 之间变化,则缸盖联接螺栓的应力类型为________。
A .非对称循环变应力
B .脉动循环变应力
C .对称循环变应力
D .非稳定循环变应力
3-14.在螺纹联接设计中,被联接件与螺母和螺栓头的联接表面加工凸台或沉头座是为了
长
沙
大学
________。
A .使工作面均匀接触
B .使接触面大些,提高防松能力
C .安装和拆卸时方便
D .使螺栓不受附加载荷作用
3-15.受轴向变载荷的螺栓联接中,已知预紧力Q P = 8000 N ,工作载荷:F min = 0,F max = 4000 N ,螺栓和被联接件的刚度相等,则在最大工作载荷下,剩余预紧力为________。
A .2000 N
B .4000 N
C .6000 N
D .8000 N
3-16.当螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时,该螺栓组中的螺栓________。
A. 必受剪应力作用
B. 必受拉应力作用
C. 同时受到剪切和拉伸
D. 既可能受剪切,也可能受拉伸
3-17.当铰制孔螺栓组承受横向载荷或旋转力矩时,该螺栓组中的螺栓________。
A. 必受剪应力作用
B. 必受拉应力作用
C. 同时受到剪切和拉伸
D. 既可能受剪切,也可能受拉伸
3-18.对于受轴向载荷的紧螺栓联接,在限定螺栓总拉力的条件下,提高螺栓疲劳强度的措施
为________。
A .增加螺栓刚度,减小被联接件的刚度
B .减小螺栓刚度,增加被联接件的刚度
C .同时增加螺栓和被联接件的刚度
D .同时减小螺栓和被联接件的刚度
3-19.对于受轴向载荷的紧螺栓联接,当螺栓总拉力Q 和剩余预紧力P
Q ′不变,减小螺栓的刚度,则螺栓的应力幅a σ和预紧力P Q 也会发上变化。
一般随着________。
A .a σ减小,P Q 也应适当减小
B .a σ增大,P Q 应适当减小
C .a σ增大,P Q 也应适当增大
D .a σ减小,P Q 应适当增大 3-20.随着被联接件刚度的增大,螺栓的疲劳强度________。
A .提高
B .降低
C .不变
D .可能提高,也可能降低
3-21.受轴向变载荷作用的紧螺栓联接,当增大螺栓直径时,螺栓的疲劳强度________。
A .提高 B .降低
C .不变
D .可能提高,也可能降低
3-22.若要提高受轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度,可以________。
A .在被联接件之间加橡胶垫片 B .采用精制螺栓 C .减小预紧力
D .增大螺栓长度
3-23.采用悬置螺母的作用是________。
A .使螺母中各圈螺纹受力均匀 B .减小螺栓系统的刚度 C .作为联接的防松措施
D .防止螺栓受弯曲载荷
3-24.一精致普通螺栓的螺栓头上标记着6.8(强度级别),则该螺栓材料的屈服极限近似为________ N/mm 2。
长
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A .600
B .800
C .680
D .480
3-25.一薄板用两个螺栓与支架联接, 其受力与尺寸如题3-26图所示,则一个螺栓所受的总横向载荷Fs =________。
A .P /2
B .PL /a
C .2
22
+ a PL P
3-26.仅受预紧力作用的紧螺栓联接,螺栓的计算应力为:
][ ≤43.1=21
σπσd Q P ca
,式中的1.3是考虑________。
A .安装时可能产生的偏心载荷 B .载荷可能有波动
C .拉伸和扭转的复合作用
D .螺栓材料的机械性能不稳定
3-27.用普通螺栓联接的凸缘联轴器,在传递转矩 T 时,________。
A .螺栓受剪切
B .螺栓与孔壁接触面受挤压
C .螺栓同时受剪切与挤压
D .螺栓受拉伸与扭转
3-28.对普通螺栓进行强度计算时,安全系数的选择与其直径有关,是因为________。
A .直径小,容易过载
B .直径大,不容易控制预紧力
C .直径大,材料缺陷多
D .直径大,安全
3-29.在同一螺栓组联接中,螺栓的材料、直径和长度均应相同,这是为了________。
A .外形美观
B .安装方便
C .受力均匀
D .降低成本
3-30.螺旋传动中的螺母多采用青铜材料,这主要是为了提高________的能力 A .抗断裂
B .抗塑性变形
C .抗点蚀
D .耐磨损
二、填空题
3-31.三角形螺纹的牙型角α=___________,适用于___________。
而梯形螺纹的牙型角α=___________,适用于____________。
3-32.螺旋副的自锁条件是_____________。
3-33.螺纹联接防松的实质是_____________。
3-34.受轴向工作载荷F 的紧螺栓联接,螺栓所受的总拉力Q 等于___________和___________之和。
3-35.承受横向工作载荷的普通螺栓联接,螺栓受___________应力和___________应力作用,可能发生的失效形式是__________。
3-36.承受横向工作载荷的铰制孔螺栓联接,靠螺栓受__________和__________来传递载荷,可能发生的失效形式是__________和__________。
题3-25 图
长
沙大学
3-37.若螺纹的直径和螺纹副的摩擦系数一定,则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的___________和___________。
3-38.在螺栓联接中,当螺栓轴线与被联接件支承面不垂直时,螺栓中将产生附加__________应力,而避免其发生的常用措施是采用__________和__________作支承面。
3-39.螺纹联接的防松,按其防松原理分为__________防松、__________防松和__________防松。
3-40.滑动螺旋传动的主要失效形式是_________。
三、简答题
3-41.一刚性凸缘联轴器用普通螺栓联接以传递转矩T ,现欲提高其传递的转矩,但限于结构不能增加螺栓的数目,也不能增加螺栓的直径。
试提出三种提高转矩的方法。
3-42.普通螺纹分为粗牙和细牙螺纹,请问细牙螺纹有什么特点?用于何处? 3-43.常用螺纹联接的类型有哪几种?应用场合是什么?
3-44.什么是螺纹联接的紧联接和松联接?
3-45.螺纹联接的防松方法常用的有几种?工作原理是什么?举例说明。
3-46.在紧螺栓联接的强度计算中,为什么将轴向拉力加大30%? 3-47.普通螺栓和铰制孔螺栓靠什么传递横向载荷?
3-48.受预紧力Q P 和轴向工作载荷F 的紧螺栓联接,螺栓受的总拉力Q = Q P +F 吗? 3-49.螺栓的机械性能等级为4.8的含义是什么? 3-50.提高螺栓联接强度的措施有哪些?
四、分析计算题
3-51.如题3-51图所示,用6个M16的普通螺栓联接的钢制液压油缸,螺栓性能为8.8级,
安全系数S = 3,缸内油压p =2.5N/mm 2,为保证紧密性要求,剩余预紧力P
Q ′≥1.5F ,求预紧力P Q 的取值范围。
(端盖与油缸结合面处采用金属垫片)
题3-51 图 题3-52 图
3-52.在图示的汽缸联接中,汽缸内径D = 400mm ,螺栓个数z =16,缸内压力p 在0~2 N/mm 之间变化,采用铜皮石棉垫片,试确定螺栓直径。
3-53.图示为某减速装置的组装齿轮,齿圈为45钢,S σ= 355MPa ,齿芯为铸铁HT250,用6个8.8级M6的铰制孔用螺栓均布在D 0=110mm 的圆周上进行联接,有关尺寸如图所示。
试确定该联接传递最大转矩T max 。
长
沙
大学
题3-53图题3-54图
3-54.如题3-54图所示支架,用4个普通螺栓联接。
已知:R = 4000N,L = 400mm,b = 200mm,每个螺栓所加的预紧力Q P = 3000 N,设螺栓和被联接件的刚度相等,求螺栓所受的总拉力Q和剩余预紧力
P
Q′。
五、结构分析题
3-54.分析题3-55图所示的螺纹联接结构,找出其中的错误,简单说明原因,并画图改正。
a b c
题3-55 图
六、参考答案
1.选择题
3-1 D;3-2 C;3-3 A;3-4 B;3-5 B;3-6 C;3-7 A;3-8 A;3-9 C;3-10 C;3-11 B;3-12 D;3-13 A;3-14 D;3-15 C;3-16 D;3-17 A;3-18 B;3-19 D;3-20 A;3-21 B;3-22 D;3-23 A;3-24 D;3-25 D;3-26 C;3-27 D;3-28 A;3-29 B;3-30 D;2.填空题
3-31 60°联接 30°传动
3-32螺旋升角小于当量摩擦角
3-33防止螺纹副相对转动
3-34 剩余预紧力工作拉力
长
3-35 拉 扭剪 断裂(拉断或拉扭断)
3-36 剪切 挤压 (螺杆被)剪断 (工作面被)压溃 3-37 线数 升角
3-38 弯曲 凸台 沉头座 3-39 摩擦 机械 破坏螺纹副关系 3-40 磨损
3.简答题(仅供参考)
3-41.答:1)改变材料,提高螺栓、螺母的强度级别。
2)改用铰制孔螺栓联接。
3)在被联接件之间加入减载零件,如减载销,减灾套等。
3-42.答:细牙螺纹螺距小、螺纹升角小、自琐性好,强度高,但不耐磨损、易滑脱。
用于粗牙对强度影响较大的零件(如轴和管状件)、受冲击振动和变载荷的联接、薄壁零件的联接、微调机构等等。
3-43.答:常用的螺纹联接有4种类型:(1)螺栓联接:用于被联接件不太厚有足够的装配空
间的场合。
(2)双头螺栓联接:用于被联接件之一很厚,又经常拆装的场合。
(3)螺钉联接:用
于被联接件之一很厚,又不经常拆装的场合。
(4)紧钉螺钉联接:用于固定两被联接件的相对位置,并且传动力和力矩不大的场合。
3-44.答:装配时拧紧的螺纹联接为紧联接,反之为松联接。
3-45.答:有3种。
(1)摩擦防松:靠维持螺纹牙间不变的正压力来保证足够的摩擦力,如双螺母。
(2)机械防松:用机械固定的方法使螺纹副之间无相对运动。
如止动垫圈。
(3)破坏螺纹副:使螺纹副破坏,如冲点法。
3-46.答:因为在拧紧螺栓时,螺栓是受拉伸和扭转复合作用,要考虑扭转力的作用,还要考虑补充拧紧,所以要轴向拉力加大30%。
3-47.答:普通螺栓靠被联接件接合面的摩擦力传递载荷,铰制孔螺栓靠螺栓杆部被挤压和剪切来传递载荷。
3-48.答:考虑联接件和被联接件的弹性变形,在螺杆受各种拉力F 拉伸时,被联接件被放松,
则结合面的预紧力Q P 变小,成为剩余预紧力P
Q ′,所以工作总拉力F Q Q P +′=。
3-49.答:强度极限400=B σ MPa 。
屈服极限320=S σ MPa
3-50.答:5种:(1)改善载荷在螺纹牙间的分配,如:环槽螺母,目的是使载荷上移悬置螺母,使螺杆螺母都受拉。
(2)减小螺栓的应力幅,如采用柔性螺栓,目的是减小联接件的刚度。
(3)减小应力集中,如采用较大的过渡圆角或卸荷结构。
(4)避免附加弯曲应力,如采用凸台和沉头座。
(5)采用合理的制造工艺,如:滚压、表面硬化处理等。
4.分析计算题 3-51 解题要点:
长
沙
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液压油缸盖所受的总载荷: 282604
12014.35.242
2=××=×=ΣD p F πN 单个螺栓工作载荷:47106
28260===ΣZ F F N 查得螺栓的相对刚度,3.0~2.0=+F L L C C C ,取3.0=+F
L L C C C 最小预紧力:
1036247107.047105.17.05.1 1=×+×=+=
+−+′=F F F C C C Q Q F L L P p N 已知螺栓性能等级为8.8级,则2mm N 640=s σ。
螺栓材料的许用应力为:
2mm N 2133
640][===S S σσ 查得M16螺栓的小径835.131=d mm ,代入强度条件:214
3.1d Q π≤][σ 得螺栓许用总拉力:246193
.14213835.1314.33.14][221=×××=×≤σπd Q N 则最大预紧力: 2320647103.024619 =×−=+−=F C C C Q Q F
L L p N 综上,预紧力的取值范围:10362≤p Q ≤23206 N
3-52 解题要点:
1)计算螺栓受力
气缸盖所受的最大压力:251200440014.32422=××=⋅=ΣD p F πN 单个螺栓联接的轴向工作载荷:1570016251200===ΣZ F F N 取F Q p 5.1=′,单个螺栓的总拉力:39250157005.25.2=×==+′=F F Q Q p N 2)计算螺栓最小直径
采用6.8级六角头螺栓(GB5282-86),屈服极限480=S σMPa ,抗拉强度极限B σ=600 MPa ,查表取S =14.,螺栓材料的许用应力为:
[]3424
.1480===S S σσ MPa 根据强度条件,螺栓小直径: []
786.13=342
×14.339250×3.1×4=×3.1×4≥1σπQ d mm 选用M16的螺栓,835.131=d mm 。
3.验算螺栓疲劳强度
根据d =16mm ,B σ=600 MPa ,查得88.0=ε,9.3=σk ,由表1-4的经验公式:
248)600480(23.0)(23.01=+=+=−B S t σσσMPa
取2=σS ,则许用应力幅为:
28=2
×9.3248×88.0==][1a t a S k σεσσMPa 长
沙大学
查螺栓的相对刚度:
8.0=+F L L C C C ,得 螺栓应力幅: 212d F C C C F L L a πσ⋅+=8.41837.1314.31570028.02
=×××=MPa 因][a a σσ>, 所以不满足疲劳强度要求。
4.提高螺栓的疲劳强度
将被联接件之间的铜皮垫片改为金属垫片,查得螺栓相对刚度:
3.0=+F L L C C C , 则: 212d F C C C F L L a πσ⋅+=2
835.1314.31570023.0×××==15.7 MPa < ][a σ 满足疲劳强度要求。
3-53 解题要点:
1) 按剪切强度条件计算单个螺栓的许用剪力F S
根据M6铰制孔用螺栓查得70=d mm ;螺栓的屈服极限640=S σMPa ;查表取5.2=S ;则螺栓材料的许用剪应力为
2565
.2640][===S S στMPa 9847=4
7×256×14.3=4][ ≤2
20d F S τπN 2) 按剪切强度计算螺栓组的许用转矩T :
3249510=2
110×6×9847=2=0ZD F T S Nmm = 3249.51 Nm 3)计算许用挤压应力][P σ
螺栓为8.8级,640=S σMPa ,取25.1=S ,螺栓材料的许用挤压应力为
51225
.1640==S S σMPa 轮芯材料为铸铁HT250,强度极限250=B σMPa ,取5.2=S ,许用挤压应力为:
1005
.2250==S B σ MPa 轮芯材料较弱,以100][=P σMPa 计算转矩。
4) 按挤压强度条件计算单个螺栓的许用剪力F S
由图,=min L 9 mm ,则:
630010097][min 0=××==p S h d F σN 5) 按挤压强度条件计算螺栓组的许用转矩T
=××==2
1106630020ZD F T S 2079000 Nmm = 2079 Nm 综上,此螺栓组所传递的最大转矩2079max =T Nm 。
3-54 解题要点:
长沙大学
解:
1)将载荷R 移至螺栓组形心,成为R 和M 复合作用的
状态,如题3-54 解图所示。
其中:
510164004000×=×==RL M Nmm
2)求螺栓的分载荷:
10004/4000/===z R F R N
4000100416000002/2max =×==Σ=zb M L ML F i M N 方向向下的工作载荷使螺栓所受拉力减小,应取为负值。
3)求螺栓的总工作载荷F : 左侧螺栓: F 1 = F M – F R = 4000 – 1000 = 3000 N 右侧螺栓: F 2 = F M + F R = – 4000 – 1000 = – 5000 N 4)求螺栓的总拉力Q : 左侧螺栓: 45002/3000300021=+=+=++=F Q F C C C Q Q P F L L P N 右侧螺栓: 5002/5000300022=−=+=++=F Q F C C C Q Q P F L L P N 5)求螺栓的总拉力P
Q ′: 左侧螺栓: 15002
3000300021=−=−=+−=′F Q F C C C Q Q P F L F P P N 右侧螺栓: 55002
5000300022=+=−=+−=′F Q F C C C Q Q P F L F P P N 5.结构分析题
3-65 主要结构错误分析如下:
a .铰制孔螺栓联接
(1)螺纹的大径应小于铰制孔配合直径 (2)弹簧垫圈的切口倾斜方向错误
(3)螺纹部分长度不够
(4)螺栓无法由下向上装入
b .双头螺柱联接
(1)螺纹孔的的深度应大于螺杆拧入深度
(2)螺纹孔内没有光孔,深度应大于螺纹孔,否则螺纹不能加工
(3)上端螺柱的螺纹部分长度不够
(4)下端螺柱无螺纹部分不可能拧入被联接件2的螺纹孔
(5)上边的被联接件应该有通孔,其孔径应大于螺杆直径
c .螺钉联接
(1)螺钉头的周围空间尺寸太小,更没有扳手空间,圆柱螺钉头也不能拧紧
(2)上面的被联接件必须为光孔,不能是螺纹孔
(3)下面的被联接件应有螺纹,
(4)光孔的直径应与螺纹小径近似相同,而不是等于螺纹大经
长沙大学
(5)缺少防松措施
a b c
题3-55 解图 长沙大学。