机械设计课程思考题和习题(适用教材:李建功主编《机械设计》(第四版)) 下载本文

第四章 螺纹联接及螺旋传动

思 考 题

4-1 螺纹的主要参数有哪些?何处直径为其公称直径?

4-2 常用螺纹牙型有哪几种?哪些主要用于联接?哪些主要用于传动? 4-3 螺纹联接有哪几种基本类型?它们各自有何特点?各自适用于什么场合? 4-4 何谓螺纹联接的预紧?预紧的目的是什么?怎样控制预紧力? 4-5 螺纹联接防松的实质是什么?常用防松方法有哪些?

4-6 受剪螺栓联接的可能失效形式有哪些?设计中需计算何种强度?

4-7 单个受拉螺栓联接有哪几种不同的受力情况?每种受力情况下的强度计算有何相同之处?又有何差异?

4-8 对于承受预紧力和轴向工作拉力的螺栓联接,设计时应如何确定所需的剩余预紧力F??和预紧力F??如何计算螺栓的总拉力F0?

4-9 国家标准中对螺栓、螺钉和螺柱的性能等级是如何规定的?

4-10 螺栓组联接受力分析和计算的目的是什么?螺栓组联接有哪几种典型的基本受载形式?每种受载形式下,应如何进行受力分析与计算?

4-11 提高螺纹联接强度的措施有哪些?

4-12 按用途不同,螺旋传动分为哪几种?滑动螺旋传动的螺杆和螺母分别常用什么材料? 4-13 设计滑动螺旋传动时,通常需要计算哪些内容?如何确定螺纹的公称直径和螺距?

习 题

4-1 铣刀盘的夹紧装置如图4-35所示。拧紧轴上的螺母后,铣刀1被夹紧在两个夹紧盘2之间,并随主轴转动。已知:最大切削力F=4kN,夹紧盘与铣刀之间的摩擦因数μs=0.1,轴的材料为45钢,其

σs=360MPa。试设计轴端螺纹的直径(装配时不控制预紧力)。

4-2 某螺栓联接中,螺栓的刚度cb=100N/mm,被联接件的刚度cm=400N/mm,预紧力F′和

轴向工作拉力F均为500N。1)试问工作中被联接件接合面是否会开缝?2)如果F在100N~500N之间变化,试按比例绘出联接的载荷-变形图,并标出各力以及螺栓总拉力的变化范围。

4-3 一钢制压力容器的螺栓组联接,如图4-6所示。内径D=500mm,蒸汽压力p=1.2MPa,螺栓分布圆直径D0=640mm,为保证气密性要求,螺栓间距不得大于150mm,安装时控制预紧力,试设计此

联接。

4-4 图4-36所示为边板1用3个M16×70(其螺纹部分的长度为28mm)的铰制孔用螺栓与机架2相联接。已知边板厚度为20mm,机架的联接厚度为30mm,所受载荷FR=900N,L=300mm,a=100mm,边板和机架的的材料均为Q235,螺栓的性能等级为4.6级。要求:1)按1:1的比例画出一个螺栓联接的结构图;2)分析螺栓组中各螺栓的受力,找出受力最大的螺栓并校核其强度。

4-5 图4-37所示为齿轮与卷筒之间的螺栓组联接,8个性能等级为6.6级的螺栓,均布于直径D0=500mm的圆周上。若卷筒上钢丝绳的拉力F=50kN,卷筒直径D=400mm,齿轮与卷筒之间的摩擦因数

习μs=0.12,装配时不控制预紧力。试确定螺栓的直径,并列出螺栓的标准代号。

4-6 图4-38所示为用两个M10的螺钉固定的牵曳环,螺钉的性能等级为4.6级,装配时控制预紧力,结合面的摩擦因数μs=0.3,取可靠性系数K=1.2。求所允许的牵曳力FR。

4-7 如图4-39所示的方形盖板用4个性能等级为6.6级的M16螺钉与箱体联接。工作中盖板上的吊环承受通过盖板中心O点的工作载荷FQ=20kN,取剩余预紧力F″=0.6F(F为单个螺栓的工作拉力),装配时不控制预紧力。要求:1)校核螺钉的强度;2)由于制造误差使吊环偏移,导致FQ由O点移至对角线上的O′点,OO′=52mm。求此时受力最大的螺钉所受的工作拉力,并校核其强度。

4-8 图4-40所示为一平板零件2用螺栓组联接固定在机架1上。工作中所受载荷FΣ=1000N,取

习题4-

习题4

可靠性系数K=1.2,接合面摩擦因数μs=0.15。图中给出了由6个螺栓构成的螺栓组的两个布置方案。要求:1)分析哪个方案所需螺栓直径较小?2)计算方案Ⅰ中螺栓所需的预紧力。

题4-

4-9 图4-41所示为一铸铁支架,用四个性能等级为6.6级的M16普通螺栓,固定在混凝土立柱上。已知载荷FQ=8kN,接合面之间的摩擦因数μs=0.3,混凝土的许用挤压应力〔σp〕=2.5MPa,接合面的承载面积A=4×104mm2,其抗弯截面模量W=5×106mm3,取可靠性系数K=1.2,安全系数S=3,取预紧力F′=9kN,。要求:1)校核是否能保证支架不下滑?2)校核螺栓的强度。3)校核是否能保证联接的接合面既不会开缝也不会被压溃?

4-10 图4-42所示为常用的螺纹联接。a)为普通螺栓联接,b)为螺钉联接,c)为双头螺柱联接,

d)为紧定螺钉联接。指出图中的结构错误,并画出正确结构图。

习题

4-10

4-11 试设计螺旋千斤顶(运动简图见图4-32a)的螺杆和螺母的主要尺寸。最大起重量为35kN,

最大起重高度为180mm,材料自选。

4-12 如图所示的夹紧联接柄承受载荷F=600N,螺栓个数Z=2,联接柄长度l=300mm,轴直径d=60mm,夹紧结合面摩擦系数μ=0.15,可靠性系数k=1,试确定联接螺栓的直径(螺栓材料为Q235钢)。 注:未淬火钢:[σ]=0.6σs, σs=240N/mm2

解:由受力平衡条件 μF′Zd=Fl(可靠性系数k=1)

得 螺栓的预紧力F′为:

F′= Fl /μZd=600×300/(0.15×2×60)=10000N 螺栓直径为d1: 4×1.3 F′/πd12≤[σ]

4?1.3F4?1.3?10000==10.72mm

??0.6?S??0.6?240根据d1≥10.72mm查螺纹标准,可得出该螺栓的公称直径M16

4-13 图示A板用4个性能等级为6.8级的普通螺栓固定在槽钢上,A板受力F=2400N,安装时,各螺栓的预紧力皆为F?=3000N,螺栓与被联接件的刚度之比为Cb=1.5。问:选M12(d1=10.106mm)的螺栓是否安全?

:Cm?1:5,取螺栓的安全系数S

解:(1)将F向螺栓组形心平移得 轴向力F=400(N)和翻转力矩M,

M=F(400+75)=2400×475=1.14×106(N·mm)。 (2)工作拉力

F2400??600(N) z4MrM1.14?106?3800(N) M作用下 F2=2?4r4?754rF作用下 F1=

最大工作拉力为 Fmax=F2-F1=3800-600=3200(N)

(3)总拉力