第八节螺纹连接和螺旋运动习题.docx
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第八节螺纹连接和螺旋运动习题
习题与参考答案
一、单项选择题(从给出的A、B、C、D当选一个答案)
1当球纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时,细牙螺纹的自锁性能比粗牙球纹的自锁性能O
A•好B.差C•相同P.不必然
2用于连接的螺纹牙型为三角形,这是因为三角形螺纹A。
A.牙根强度高,自锁性能奸B.传动效率高
C.防振性能好P-自锁性能差
3若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数必然,则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的
Bo
A.琼距和牙型角B.升角和头数C.导程和牙形斜角D•螺距和升角
4对于连接用螺纹,主要要求连接靠得住,自锁性能奸,故常选用A
C.升角小,单线梯形螺纹用于薄壁零件连接的螺纹,应采用
A.三角形细牙螺纹B.梯形螺纹
C.锯齿形螺纹D.多线的三角形粗牙螺纹
在螺栓连接中,有时在一个螺栓上采用双螺母,其目的是C
A.提髙强度B.提髙刚度
C.防松D.减小每圈螺纹牙上的受力
C.外形美观D.降低本钱
则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台,
在同一螺栓组中,螺栓的材料、直径和长度均应相同,这是为了_B_A.受力均匀B.便于装配.
在螺栓连接设计中,若被连接件为铸件,
其目的是一A匸
B.便于安装
D.为避免螺栓受拉力过大
A.避免螺栓受附加弯曲应力作用
C.为安置防松装置
二、填空题
1三角形螺纹的牙型角«=60°,适用于连接,而梯形螺纹的牙型角
a=30°,适用于传动。
2螺旋副的自锁条件是o
纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹。
4传动用螺纹(如梯形螺纹)的牙型斜角比连接用螺纹(如三角形螺纹)的牙型斜角小,这主如果为了提髙传动效率。
5若螺纹的宜径和螺旋副的摩擦系数必然,则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的—a_和—
头数。
6螺纹连接的拧紧力矩等于螺纹副间摩擦力矩和螺母(或螺栓头)端而
与被连接件支承面间的摩擦力矩之和之和。
7螺纹连接防松的实质是避免螺杆与螺母(或被连接件螺纹孔)间发生相对转动(或避免螺纹副间相对转动)。
8普通紧螺栓连同意横向载荷作用,则螺栓中受拉伸应力和扭剪应力作用。
9被连接件受横向载荷作历时,若采用普通螺栓连接,则螺栓受拉伸载荷作用,可能发生的失效形式为螺栓发生塑性变形和断裂。
10螺纹连接防松,按其防松原理可分为摩擦防松、机械防松和_丞
X防松。
三'问答题
1常常利用螺纹按牙型分为哪几种?
各有何特点?
各适用于什么场合?
2拧紧螺母与松退螺母时的螺纹副效率如何讣算?
哪些螺纹参数影响螺纹副的效率?
3螺纹连接有哪些大体类型?
各•有何特点?
各适用于什么场合?
4为何螺纹连接常需要防松?
按防松原理,螺纹连接的防松方式可分为哪几类?
试举例说明。
5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量,试提岀三种能提高该联轴器传递转矩的方式。
四、分析计算题
1有一受预紧力F'和轴向工作载荷F=1000N作用的紧螺栓连接,已知预紧力F'=l000N,螺栓的刚度G与被连接件的刚度Cm相等。
试计算该螺栓所受的总拉力F。
和残余预紧力F"。
在预紧力F'不变的条件下,若保证被连接件间不出现裂缝,该螺栓的最大轴向工作载荷Fmax为多少?
2题4-2图所示为一圆盘锯,锯片直径D=500mm,用螺母将英夹紧在压板中间。
已知锯片外圆上的工作阻力Ft=400N,压板和锯片间的摩擦系数f=,压板的平均直径D(尸150mm,靠得住性系数K尸,轴材料的许用拉伸应力[o]=60MPao试计算轴端所需的螺纹直径。
(提示:
此题中有两个接合面,压板的压紧力就是螺纹连接的预紧力。
)
3题4-3图所示为一支架与机座用4个普通螺栓连接,所受外载荷别离为横向载荷Fr=5000N,轴向载荷Fq=16000No已知螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cm)=,接合而间摩擦系数,f=,靠得住性系数K尸,螺栓材料的机械性能级別为级,最小屈服极限onun=640MPa,许用
安全系数[S]=2,试计算该螺栓小径di的计算值。
4一牵曳钩用2个MIO(d尸mm)的普通螺栓固立于机体上,如题4-4图所示。
已知接合而间摩擦系数f=,靠得住性系数K尸,螺栓材料强度级别为级,屈服极限<)s=360MPa,许用安全系数[S]=3。
试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力FRmax«
5题4-5图所示为一凸缘联轴器,用6个M10的较制孔用螺栓连接,结构尺寸如图所
示。
两半联轴器材料为HT200,其许用挤压应力[o]Pl=100MPa,螺栓材料的许用切应力[t]=92MPa,许用挤压应力[o]R2=3OOMPa,许用拉伸应力]=120MPa。
试计算该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax。
若传递的最大转矩Tn^不变,改用普通螺栓连接,试计算螺栓小径山的计算值(设两半联轴器间的摩擦系数f=,靠得住性系数Ks=)o
6有一提升装置如题4-6图所示。
(1)卷筒用6个M8(di=)的普通螺栓固连在蜗轮上,已知卷筒直径D=150mm,螺栓均布于直径D(>=180mm的圆周上,接合而间摩擦系数仕,靠得住性系数除=,螺栓材料的许用拉伸应力[o]=120MPa,试求该螺栓组连接允许的最大提升载荷WmaXo
(2)若已知W^=6000N.其他条件同
(1),试肯左螺栓直径。
五、结构题
1试画出普通螺栓连接结构图。
已知条件:
(1)两被连接件是铸件,厚度各约为15mm和20mm;
(2)采用M12普通螺栓;
(3)采用弹簧垫圈防松。
要求按1:
1的比例画出。
2试画出较制孔用螺栓连接结构图。
已知条件:
(1)两被连接件是厚度约为20mm的钢板:
(2)采用M10狡制孔用螺栓。
要求按1:
1的比例画出。
例解
.1.一厚度S=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度6i=30mm的铸铁支架上,螺栓的布置有(a)、(b)两种方案,如图所示。
已知:
螺栓材料为Q235,[o]=95MPa、[t]=96MPa,钢板[o]p=320MPa,铸铁[o]pi=180MPa,接合面间摩擦系数f=,黑得住性系数K(=,载荷F.=12000N,尺寸/=400mm,“二100mm。
(1)试比较哪一种螺栓布置方案合理?
(2)依照螺栓布置合理方案,别离肯定采用普通螺栓连接和狡制孔用螺栓连接时的累栓直径。
解题分析:
本题是螺栓组连同意横向载荷和旋转力矩一路作用的典型例子。
解题时,笫一要将作用于钢板上的外载荷氏向螺栓组连接的接合面形心简化,得出该螺栓组连同意横向载荷珂和旋转力矩T两种简单载荷作用的结论。
然后将这两种简单载荷分派给各个螺栓,找出受力最大的螺栓,并把该螺栓经受的横
向载荷用矢量叠架原理求出合成载荷。
在外载荷与螺栓数量必然的条件下,对不同的螺栓布置方案,受力最大的螺栓所经受的载荷是不同的,显然使受力最大的螺栓经受较小的载荷是比较合理的螺栓布置方案。
若螺栓组采用较制孔用螺栓连接,则靠螺栓光杆部份受剪切和配合面间受挤圧来传递横向载荷,其设汁准则是保证螺栓的剪切强度和连接的挤压强度,可按相应的强度条件式,讣算受力最大螺栓危险剖面的直径。
若螺栓组采用普通螺栓连接,则靠拧紧螺母使被连接件接合面间产生足够的摩擦力来传递横向载荷。
在此情形下,应先按受力最大螺栓经受的横向载荷,求出螺栓所需的紧力;然后用只受预紧力作用的紧螺栓连接,受拉强度条件式讣算螺栓危险剖面的直径6/|;最后按照查标准选取螺栓直径并按照被连接件厚度、螺母及垫圈厚度肯定螺栓的标准长度。
解题要点:
1.螺栓组连同意力分析
(1)将载荷简化
将载荷几向螺栓组连接的接合面形心O点简化,得一横向载荷F>:
=12000N和一旋转力矩T=FJ=12000X400=X106N・mm(图解一)。
图解一托架螺栓组连接
(2)肯定各个螺栓所受的横向载荷
在横向力F’作用下,各个螺栓所受的横向载荷Fsi大小相同,与氏同向。
Fsi=FJ4=12000/4=3000N
而在旋转力矩T作用下,由于各个螺栓中心至形心O点距离相等,所以各个螺栓所受的横向载荷FS2大小也相同,但方向各垂直螺栓中心与形心O的连线(图解二)。
对于方案(a),各螺栓中心至形心O点的距离为
ra=yla2+a~=V1002+1002=141.1/?
?
/?
?
T
4.8xl06
所以氏=「二
4乙
--8487N
4x141.4
山图解二(a)可知,
受横向载荷最大,即
螺栓1和2所受两力的夹角a最小,故螺栓1和2所
Fgas=\/用+代二+2耳耳2/050
=V3OOO2+84872+2x3000x8487xcos45°=10820N
对于方案(b),各螺栓中心至形心O点的距离为
①二心二100mm
山图解二b可知,螺栓1所受横向载荷最大,即
尺如“=+=和+12000=15000N
(3)两种方案比较
在螺栓布置方案(a)中,受力最大的螺栓1和2所受的总横向载荷
/\max.=10820N:
而在螺栓布置方案(b)中,受力最大的螺栓1所受的总横向载荷
Fq说=150002能够看出,F、z 2.按螺栓布置方案(a)肯左螺栓宜径 (1)采用較制孔用螺栓连接 1)因为較制孔用螺栓连接是靠螺栓光杆受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷,因此按剪切强度设计螺栓光杆部份的直径必: 恥爲庶"8mm 查GB27-88,取M12X60(Js=l4mm>)。 2)校核配合面挤压强度: 按图解三所示的配合面尺寸,有: 螺栓光杆与钢板孔间 按照强度条件式可得螺栓小径山,即 SGB196-81,取M45(山二>)。 3.有一气缸盖与缸体凸缘釆用普通螺栓连接,如图所示。 已知气缸中的压 力P在0~2MPa之间转变,气缸内径D=500mm,螺栓散布圆直径D()=650mm。 为保证气密性要求,剩余预紧力K=1.8F(F为螺栓的轴向工作载荷),螺栓间距『54.5〃(d为螺栓的大径)。 螺栓材料的许用拉伸应力[cr]=120MPa,许用应 力幅[bl=20MPa。 选用铜皮石棉垫片,螺栓相对刚度Q/(Q+Cm;)=0.8,试设 计此螺栓组连接。 解题分析: 本题是典型的仅受轴向载荷作用的螺栓组连接。 可是,螺栓所受载荷是转变的,因此应先按静强度计算螺栓直径,然后校核其疲劳强度。 另外,为保证连接的气密性,不仅要保证足够大的剩余预紧力,而且要选择适当的螺栓数量,保证螺栓间间距不致过大。 解题要点: 1.初选螺栓数量Z 因为螺栓散布圆直径较大,为保证螺栓间间距不致过大,所以应选用较多 的螺栓,初取Z=24o 2.计算螺栓的轴向工作载荷F (1)螺栓组连接的最大轴向载荷Fq: 厂於^x5OO2fcc"—5XT Fq=p=x2=3.927x10N 气缸盖螺栓组连接 474 (2)螺栓的最大轴向工作载荷F: 匚Fq3.927x106心NT Fo=—==16N Z24 3•计算螺栓的总拉力F° E=F"+F=l・8F+F=2・8F=2・8x16=45815N 4.计算螺栓直径 mm= 4x13^=>4x1.3x45815龙[b]\/rx120 查GB196-81,取M30(di二>)。 5•校核螺栓疲劳强度 故螺栓知足疲劳强度。 6.校核螺栓间距 实际螺栓间距为 t==兀%&5°=85.1mm<4.5〃=4.5x30=135mm Z24 故螺栓间距知足连接的气密性要求。 4.起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓连接在一路,如图所示。 已知卷筒直径D=4000mm,螺栓散布圆直径Do=500mm,接合面间摩擦系数f=,靠得住性系数Ks=,起重钢索拉力Fq=50000N,螺栓材料的许用拉伸应力[o-]=100MPao试设讣该螺栓组的螺栓直径。 解题分析: 本题是典型的仅受旋转力矩作用的螺栓组连接。 山于本题是采用普通螺栓连接,是黑接合面间的摩擦力矩来平衡外载荷一一旋转力矩,因此本题的关键是讣算出螺栓所需要的预紧力F。 而本题中的螺栓仅受预紧力F作用,故可按预紧力F来肯定螺栓的直径。 卷筒与大齿轮的螺栓组连接 解题要点: 计算旋转力矩T T=F()-=50000x—=107N•mm °22 计算螺栓所需要的预紧力Fr ZfF'5=DT 2、 将已知数值代入上式,可得 3.肯定螺栓直径 ]4单3『_{4x1.3x50006 ]/^[cr]\兀x100 $GB196-81,取M36(山=>)。 讨论: (1)此题也可改成校核计算题,已知螺栓直径,校核其强度。 其解题步骤仍然是需先求F,然后验算=丄篦s[b]。 7K17/4 (2)此题也可改成计算起重钢索拉力Fq°已知螺栓直径,计算该螺栓所能经受的预紧力尸,然后按接合面摩擦力矩与作用于螺栓组连接上的旋转力矩相 平衡的条件, 求岀拉力Fq,即由 ZfF尝=K£q£ 得 F-可FD、°KQ 9.试找出图中螺纹连接结构中的错误,说明原因,并画图更正。 已知被连接件材料均为Q235,连接件为标准件。 (a)普通螺栓连接;(b)螺钉连接;(c)双头螺栓连接;(d)紧定螺钉连接。 螺纹连接结构 解题要点: (1)普通螺栓连接(图a) 主要错误有: 1)螺栓安装方向不对,装不进去,应掉过头来安装; 2)普通螺栓连接的被联接件孔要大于螺栓大径,而下部被连接件孔与螺栓杆间无间隙; 3)被连接件表面没加工,应做出沉头座并刮平,以保证螺栓头及螺母支承面平整且垂直于螺栓轴线,避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力; 4)一般连接;不该采用扁螺母; 5)弹簧垫圈尺寸不对,缺口方向也不对; 6)螺栓长度不标准,应取标准长/=60mm; 7)螺栓中螺纹部份长度短了,应取长30mmo 更正后的结构见图解a。 图解改正后的螺纹连接结构 (2)螺钉连接(图b) 主要错误有: 1)采用螺钉连接时,被连接件之一应有大于螺栓大径的光孔,而另一被连接件上应有与螺钉相旋合的螺纹孔。 而图中上边被连接件没有做成大地螺栓大径的光孔,下喧被连接件的螺纹孔乂过大,与螺钉尺寸不符,而且螺纹画法不对,小径不该为细实践; 2)若上边被连接件是铸件,则缺少沉头座孔,表面也没有加工。 更正后的结构见图解b。 (3)双头螺柱连接(图c)。 主要错误有: 1)双头螺柱的光杆部份不能拧进被连接件的螺纹孔内,M12不能标注在光杆部份; 2)锥孔角度应为120°,而且应从螺纹孔的小径(粗实线)处画锥孔角的两边; 3)若上边被连接件是铸件,则缺少沉头座孔,表面也没加工; 4)弹簧垫圈厚度尺寸不对。 更正后的结构见图解c。 (4)紧定螺钉连接(图d)。 主要错误有: 1)轮毂上没有做出M6的螺纹孔; 2)轴上未加工螺纹孔,螺钉拧不进去,即便有螺纹孔,螺钉能拧入,也需作局部剖视才能表达清楚。 更正后的结构见图解d。 习题参考答案 一.单项选择题 1A2A 6C7B 8A 二、填空题 160°: 连接: 30。 : 传动 2螺旋升角丫小于当虽摩擦角p: 3三角螺纹;管螺纹;矩形螺纹;梯形螺纹和锯齿形螺纹 4提高传动效率 5升角与头数 6螺纹副间摩擦力矩;螺母(或螺栓头)端面与被连接件支承面间的摩擦力矩之和 7避免螺杆与螺母(或被连接件螺纹孔)间发生相对转动(或避免螺纹副间相对转动) 8拉伸: 扭剪 9拉伸: 螺栓发生塑性变形或断裂 10摩擦: 机械;永久性 三、问答题 (参考答案从略) 4.分析计算题 1解题要点: Ffr=Fr-1-一上一F=1000N-0.5x1000N=500N<5+c加> 或F"=^-F=1500N-l000N=500N 为保证被连接件间不出现裂缝,则F"由 F”=F‘一1丄一F20 得fw二=_L222_n=2ooon i-c^q+cJ1-0.5 所以Fm肿2000N 2解题要点: (1)计算压板压紧力F'。 由 2fF'^-=KsFt- 2」2 (2)肯定轴端螺纹直径。 由 查GB196—81,取M16(J113.835mm>mm) 3解题要点 (1)螺栓组连同意力分析 这是螺栓组连同意横向载荷Fr和轴向载荷Fq联合作用的情形,故可按结合而不滑移计算螺栓所需的预紧力F',按联接的轴向载荷计算单个螺栓的轴向工作载荷F,然后求螺栓的总拉力F()o 1)计算螺栓的轴向工作载荷F。 按照题给条件,每一个螺栓所受轴向工作载荷相等,故有 F=^-=^——N=4000N 44 2)计算螺栓的预紧力FS由于有轴向载荷的作用,接合而间的压紧力为残余预紧力 FJ故有 尸=£^+1——9_F=12x5000N+(1-0.25)x4000N=13000N4/IG+Cj4x0.15 3)计算螺栓的总拉力F(>。 (2)计算螺栓的小径山 螺栓材料的机械性能级别为级,英最小屈服极限o-5min=640MPa,故苴许用拉伸应力 所以 zr(S4O [b]—5min一MPa-320MPa [S]2 4x1.3x14000Q,in mm=8.510mm龙x320 4解题要点: (1)计算螺栓允许的最大预紧力和 4x1.3 而0]诵罟MZ20沁所以 120x/rx&376$ 4x1.3 N=5086.3N (2)计算连接允许的最大牵引力Fr叭 5解题要点: (1)计算螺栓组连接允许传递的最大转矩仏 该较制孔用精制螺栓联接所能传递转矩大小受螺栓剪切强度和配合面挤压强度的制约。 因此,可按螺栓剪切强度条件来计算T“z然后校核配合面挤压强度。 也可按螺拴剪切强度和配合面挤压强度别离求岀乃啦,取其值小者。 本解按第一种方式计算。 由 校核螺栓与孔结合面间的挤压强度: 2T WE 式中,力皿为配合而最小接触高度,仏加=60mm・35mm=25mm: [b]p为配合而材料的许用挤压应力,因螺栓材料的[bb大于半联轴器材料的[6円,故取[b]p=[bh=100MPa。 所以 知足挤压强度。 故该螺栓连接允许传递的最大转矩T”4917N•mm (2)改成普通螺栓连接,计算螺栓小径山 1)计算螺栓所需的预紧力FS按接合而间不发生相对滑移的条件,则有 6/FQ/2=K,7_ 2)计算螺栓小径山。 6解题要点: (1)计算允许最大提升载荷IVmax 该螺栓组的螺栓仅受预紧力F'作用,螺栓所能经受的最大预紧力为 则按照接合而间不发生相对滑动条件,可得 6.兀ax¥=K"max— (2)肯泄螺栓直径 由接合而间不发生相对滑动条件,可得 所以 6/D0 1.2x6000x150 6x0.15x180 N=6666.7N 4xl・3F 4x1.3x6666.7小 mm=9.589mm 120 查GB196—81,取M12(Ji=mm>)o 五、结构题 参看教材有关内容。
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