机械设计基础习题答案第10章.docx

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机械设计基础习题答案第10章

10-1证明当升角

与当量摩擦角

符合

时，螺纹副具有自锁性。

当

时，螺纹副的效率

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于50%。

10-2解由教材表10-1、表10-2查得

，粗牙，螺距

，中径

　　　螺纹升角　　

，细牙，螺距

，

　　中径　

　　螺纹升角　　

对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。

10-3解查教材表10-1得

粗牙螺距

中径

小径

　　螺纹升角　

　　普通螺纹的牙侧角　

，螺纹间的摩擦系数　

　　当量摩擦角　

　　拧紧力矩　

　　由公式　　

　　可得预紧力

　　拉应力　

查教材表9-1得35钢的屈服极限

拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。

10-4解

（1）升角　　

　　当量摩擦角　　

　　工作台稳定上升时的效率：

（2）稳定上升时加于螺杆上的力矩

（3）螺杆的转速　　

　　螺杆的功率　　

（4）因

，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷

作用下等速下降，

需制动装置。

其制动力矩为

10-5解查教材表9-1得Q235的屈服极限　　

，

查教材表10-6得，当控制预紧力时，取安全系数

由许用应力　　

查教材表10-1得

的小径

由公式　

　得

预紧力　　

由题图可知

，螺钉个数

，取可靠性系数

牵曳力　　

10-6解此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸,故螺杆受到拉扭组合变形。

查教材表9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限　　

，

取安全系数

，拉杆材料的许用应力　　

所需拉杆最小直径　　

查教材表10-1，选用螺纹

（

）。

10-7解查教材表9-1得，螺栓35钢的屈服极限　

，

查教材表10-6、10-7得螺栓的许用应力　

查教材表10-1得，

的小径　

螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力　

则施加于杠杆端部作用力

的最大值

10-8解在横向工作载荷

作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到

挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。

　　假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预

紧力和螺纹摩擦力矩的影响。

　　挤压强度验算公式为：

其中

；

为螺栓杆直径。

　　螺栓杆的剪切强度验算公式

其中

表示接合面数，本图中接合面数

。

10-9解

（1）确定螺栓的长度

　　由教材图10-9a）得：

螺栓螺纹伸出长度　

　　螺栓螺纹预留长度　

　　查手册选取六角薄螺母GB6172-86

，厚度为

　　垫圈GB93-8716，厚度为

　　则所需螺栓长度　

　　查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度

　　螺栓所需螺纹长度　

，

　　取螺栓螺纹长度

（2）单个螺栓所受横向载荷

（3）螺栓材料的许用应力

　　由表9-1查得被联接件HT250的强度极限　

　　查表10-6取安全系数　

　　被联接件许用挤压应力　

　　查教材表9-1得螺栓35钢的屈服极限　

，

　　查表10-6得螺栓的许用剪切应力　

　　螺栓的许用挤压应力　

（4）校核强度

　　查手册，六角头铰制孔用螺栓GB28-88

，其光杆直径

　　螺栓的剪切强度　

　　最小接触长度：

　　挤压强度　

所用螺栓合适。

10-10解

（1）每个螺栓所允许的预紧力

查教材表9-1得45钢的屈服极限

，

查教材表10-6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数

由许用应力　

查教材表10-1得

的小径

由公式　

得

预紧力　　

（2）每个螺栓所能承担的横向力

由题图可知

，取可靠性系数

横向力　

（4）螺栓所需承担的横向力

（5）螺栓的个数

取偶数

。

在直径为155的圆周上布局14个

的普通螺栓，结构位置不允许。

10-11解

（1）初选螺柱个数　　

（2）每个螺柱的工作载荷

（3）螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力

（4）螺柱总拉力

（5）确定螺柱直径

　　选取螺柱材料为45钢，查表9-1得屈服极限　

，

　　查教材表10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数　

　　许用应力　　　　　　　　　

　　螺栓小径　　　　　　　　

　　查教材表10-1，取

螺栓（

），由教材表10-7可知取安全系数

是合

适的。

（6）确定螺柱分布圆直径

　　由题10-11图可得　　　　

　取

。

（7）验证螺柱间距

　所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。

10-12解

（1）在力

作用下，托架不应滑移，设可靠性系数

，接合面数

，此时每个

螺栓所需的预紧力

（2）在翻转力矩

作用下，此时结合面不应出现缝隙。

托架有绕螺栓组形心轴线O-O翻转的趋势，上

边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了

，下边两个螺栓被放松，每个螺栓的轴向力减小了

，则有力的平衡关系

，故可得

为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为零，则所需预紧力

（3）每个螺栓所需总的预紧力

（4）确定螺栓直径

　选取螺栓材料为35钢，查教材表9-1屈服极限

，

　查教材表10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数

　许用应力　　　　　　　　

　螺栓小径　　　　　　　

查教材表10-1，取

螺栓（

），由教材表10-7可知取安全系数

也是合适

的。

10-13解

（1）计算手柄长度

查手册,梯形螺纹GB5796-86，公称直径

，初选螺距

则中径

，

小径　

螺纹升角　　

当量摩擦角　　

所需的转矩

则,手柄的长度　

（2）确定螺母的高度

　初取螺纹圈数

则

　螺母的高度

　这时

处于1.2～2.5的许可范围内。

10-14解选用梯形螺纹。

（1）根据耐磨性初选参数

初选

查表10-8螺旋副的许用压强

，取

查手册，选取梯形螺纹GB5796-86，选取公称直径

，中径

，小径

，

螺距

。

（2）初选螺母

初步计算螺母的高度　

则螺栓与螺母接触的螺纹圈数　

，取

螺母的高度　

系数　

（3）校核耐磨性

螺纹的工作高度　

则螺纹接触处的压强

合适。

（4）校核螺杆的稳定性

起重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取

，螺杆危险截面的惯性半径

，螺杆的最大工作长度

，则

螺杆的长细比　

临界载荷　

取安全系数

，不会失稳

（5）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹　

对于青铜螺母

，合适。

10-15解

（1）初选螺纹直径

查手册，选取梯形螺纹GB5796-86，选取公称直径

，中径

，小径

，

螺距

。

（2）验证其自锁性

　螺纹升角　

　当量摩擦角　

，所以满足自锁条件。

（3）校核其耐磨性

设螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数

，

则螺母的高度

，

，处于1.2～2.5的许可范围内。

螺纹的工作高度

则螺纹接触处的压强

查教材表10-8，钢对青铜许用压强

，合适。

（4）校核螺杆强度

取

，则所需扭矩

则危险截面处的强度

对于45钢正火，其许用应力

，故合适。

（5）校核螺杆的稳定性

压力机的螺母端为固定端，另一端为铰支端，故取

，螺杆危险截面的惯性半径

，螺杆的最大工作长度

，则螺杆的长细比

，

不会失稳。

（6）校核螺纹牙强度

对于梯形螺纹

对于青铜螺母

，合适。

（7）确定手轮的直径

由

得

10-16解

（1）选用A型平键，查教材表10-9，由轴的直径

可得平键的截面尺寸

，

；由联轴器及平键长度系列，取键的长度

。

其标记为：

键

GB1096-79

（2）验算平键的挤压强度

由材料表10-10查得，铸铁联轴器的许用挤压应力

A型键的工作长度

，使用平键挤压强度不够，铸铁轴壳键槽将被压溃。

这时可使轴与联轴器孔之间采用过盈配

合，以便承担一部分转矩，但其缺点是装拆不便。

也可改用花键联接。

10-17解

（1）选择花键

根据联轴器孔径

，查手册可知花键小径

最接近，故选择矩形花键的规格为花键

GB1144-87

花键的齿数

、小径

，大径

，键宽

，键长取

，倒角

.

（2）验算挤压强度

取载荷不均匀系数

齿面工作高度　

平均半径　

查教材表10-11，在中等工作条件Ⅱ、键的齿面未经热处理时，其许用挤压应力

，

故合适。