螺纹连接和螺旋运动习题.docx

1、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中选一个答案）1当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能A_。A.好 B.差 C.相同 D.不一定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，自锁性能好 B.传动效率高C.防振性能好 D.自锁性能差3若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 BA.螺距和牙型角 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，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用 A 。6在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是

2、C 。A.提高强度 B.提高刚度C.防松 D.减小每圈螺纹牙上的受力7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 8在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台，其目的是A 。A.避免螺栓受附加弯曲应力作用 B.便于安装C.为安置防松装置 D.为避免螺栓受拉力过大二、填空题1三角形螺纹的牙型角 a = 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 螺旋升角y小于当量摩擦角 。3常用螺纹的类型主要有 三角螺纹 、 管螺纹 、 矩形螺纹 、 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

3、角比连接用螺纹（如三角形螺纹）的牙型斜角小，这主要是为了 提高传动效率 。5若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的 升角 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）端面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 防止螺杆与螺母（或被连接件螺纹孔）间发生相对转动（或防止螺纹副间相对转动） 。8普通紧螺栓连接受横向载荷作用，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用时，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

4、分为 摩擦 防松、 机械 防松和 永久防松。三、问答题1常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计算 ？哪些螺纹参数影响螺纹副的效率 ？3螺纹连接有哪些基本类型 ？各有何特点？各适用于什么场合？4为什么螺纹连接常需要防松 ？按防松原理，螺纹连接的防松方法可分为哪几类 ？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目， 试提出三种能提高该联轴器传递转矩的方法。四、分析计算题1有一受预紧力F 和轴向工作载荷 F=1 000 N作用的紧螺栓连接， 已知预

5、紧力F =1 000N，螺 栓的刚度Cb与被连接件的刚度 Cm相等。试计算该螺栓所受的总拉力 Fo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缝隙， 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=500 mm，用螺母将其夹紧在压板中间。 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=0.15，压板的平均直径 Do=l50mm，可靠性系 数 心=1.2，轴材料的许用拉伸应力d =60MPa。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

6、座用 4个普通螺栓连接，所受外载荷分别为横向载荷 Fr=5 000N ,轴向载荷Fq=16 000N。已知螺栓的相对刚度 Cb/(Cb+Cm)=0.25,接合面间摩擦系数，f=0.15 , 可靠性系数 心=1.2，螺栓材料的机械性能级别为 8.8级，最小屈服极限d min=640MPa，许用安全系数S=2，试计算该螺栓小径 d!的计算值。4 一牵曳钩用2个M10 (di=8.376 mm)的普通螺栓固 定于机体上，如题4-4图所示。已知接合面间摩擦系数 f=0.15 ,可靠性系数 Ks=1.2,螺栓材料强度级别为 6.6级，屈服极限d s=360MPa，许用安全系数S=3。试计算该螺栓组连接允

7、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的铰制孔用螺栓连接，结构尺寸如图所示。两半联轴器材料为 HT200，其许用挤压应力d pi=100MPa，螺栓材料的许用切应力t =92MPa，许用 挤压应力d p2=300MPa，许用拉伸应力d =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 Tmax不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓小径 d|的计算值(设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16，可靠性系数Ks=1.2)。6有一提升装置如题4-6图所示。(1) 卷筒用6个M8 (di=6.647mm )的普通螺栓固连在蜗轮上，已知卷筒直径

8、D=150m m,螺栓均布于直径 Do=l80mm的圆周上，接合面间摩擦系数 f=0.15，可靠性系数 Ks=1.2，螺栓材料的许用拉伸应力d =120MPa，试求该螺栓组连接允许的最大提升载荷 Wmax。(2)若已知 Wmax=6 000N，其他条件同(1),试确定螺栓直径。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 试画出铰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铰制孔用螺栓。要求按1 : 1的比

9、例画出。例解.1. 一厚度S =12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度S 1=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, d =95MPa、 t =96 MPa,钢板d p=320 MPa，铸铁 d P1=180 MPa,接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2,载荷 &=12000N,尺 寸 l=400mm, a=100mm。(1)试比较哪种螺栓布置方案合理？(2)按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时 的累栓直径。解题分析：本题是螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共同作用的典型例子。解题 时，首先要将作

10、用于钢板上的外载荷 巳向螺栓组连接的接合面形心简化，得出该螺栓 组连接受横向载荷H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 分配给各个螺栓，找出受力最大的螺栓，并把该螺栓承受的横向载荷用矢量叠架原理求 出合成载荷。在外载荷与螺栓数目一定的条件下，对不同的螺栓布置方案，受力最大的 螺栓所承受的载荷是不同的，显然使受力最大的螺栓承受较小的载荷是比较合理的螺栓 布置方案。若螺栓组采用铰制孔用螺栓连接，则靠螺栓光杆部分受剪切和配合面间受挤 压来传递横向载荷，其设计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，计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，

11、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。在此情况下，应先按受 力最大螺栓承受的横向载荷，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，受拉强度条件式计算螺栓危险剖面的直径 di ;最后根据di查标准选取螺栓直径d， 并根据被连接件厚度、螺母及垫圈厚度确定螺栓的标准长度。解题要点：1 螺栓组连接受力分析（1）将载荷简化将载荷Fe向螺栓组连接的接合面形心 0点简化，得一横向载荷F,=12000N和一旋转力矩 T=F ,l=12000X 400=4.8X 10 N mm （图解一）。a)图解一托架螺栓组连接（2）确定各个螺栓所受的横向载荷在横向力FH乍用下，各个螺栓

12、所受的横向载荷 Fsi大小相同，与F,同向Fsi=F, /4=12000/4=3000 N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点的距离为图解二托架螺栓组连接ra = a2 a2 = .1002 1002 = 141.1mm6T 4.8 ： 10 所以 FS2a 8 4 8 7 N4ra 4 x 1 4 .4由图解二（a）可知，螺栓1和2所受两力的夹角a最小，故螺栓1和2所受横向 载荷最大，即二.30002 84872 2 3000 8487 co

13、s45 二 10820 N对于方案（b）,各螺栓中心至形心O点的距离为rb=a=100mm6T 4.8 10所以 Fs2b 1 2 0 0 0 N4rb 41 00由图解二b可知，螺栓1所受横向载荷最大，即Fsmaxb =Fs1 Fs2b =3000 12000 =15000 N（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Fsmaxa =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 Fsmaxb =15000N。可以看出,Fsmaxa 11.98mm）。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二

14、 Fs 10820 =104 MPa :二P =320 MPa dsh 13 8螺栓光杆与铸铁支架孔间Fs 10820二 pi P1小心 13 30= 27.7MPa :匚P1 =180MPa故配合面挤压强度足够。(2)采用普通螺栓连接因为普通螺栓连接，是靠预紧螺栓在被连 接件的接合面间产生的摩擦力来传递横向载 荷，因此首先要求出螺栓所需的预紧力 F 38.8mm)。3.有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接，如图所示。已知气缸中的压力 P在02MPa之间变化，气缸内径D=500mm,螺栓分布圆直径D=650mm。为保证气密性要 求，剩余预紧力F1.8F (F为螺栓的轴向工作载荷)，螺栓间距t乞

15、4.5d (d为螺栓的 大径)。螺栓材料的许用拉伸应力=120MPa，许用应力幅L =20MPa。选用铜皮石 棉垫片，螺栓相对刚度 5/(5 * 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。 但是，螺栓所受载荷是变化的，因此应先按静强度计算螺栓直径，然后校核其疲劳强度。此外，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目，保证螺栓间间距不致过大。解题要点:1 初选螺栓数目Z因为螺栓分布圆直径较大，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=24。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

16、Fq:3 计算螺栓的总拉力FoFo = F =1.8F F =2.8F =2.8 16 632.5 =45 815 N4计算螺栓直径查 GB196-81，取 M30 (d1=26.211mm25.139mm)。5校核螺栓疲劳强度故螺栓满足疲劳强度。6校核螺栓间距实际螺栓间距为mm ：4.5d =4.5 30 =135 mm二 D0 二 65024t 0 85.1故螺栓间距满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起，如图所示。已知卷筒直径D=4000mm,螺栓分布圆直径Do=5OOmm,接合面间摩擦系数f=0.12,可靠性系数Ks=1.2, 起重钢索拉力Fq=50000

17、N,螺栓材料的许用拉伸应力 U=100MPa。试设计该螺栓组的 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。 由于本题是采用普通螺栓连接，是靠接合面间的摩擦力矩来平衡外载荷一一旋转力矩，因此本题的关键是计 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 来确定螺栓的直径。卷简与大齿轮的螺栓组连接解题要点:将已知数值代入上式，可得3.确定螺栓直径查 GB196-81，取 M36（d1=31.670mm28.768mm）。讨论：（1）此题也可改为校核计算题，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6a =丄买V Und1 /4（2）

18、此题也可改为计算起重钢索拉力 Fq。已知螺栓直径，计算该螺栓所能承受的预紧力F,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，求出拉力Fq，即由ZfFR = KsFQ92 29.试找出图中螺纹连接结构中的错误，说明原因，并绘图改正。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。螺纹连接結构解题要点：（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

19、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；不应采用扁螺母；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l=60mm；7） 螺栓中螺纹部分长度短了，应取长 30mm。改正后的结构见图解a。J m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又过大，与螺钉尺寸不符，而且螺纹画法不对，小径不应为细实践;2）若上边被连接件是铸

20、件，则缺少沉头座孔，表面也没有加工。改正后的结构见图解bo（3）双头螺柱连接（图c）o主要错误有：1）双头螺柱的光杆部分不能拧进被连接件的螺纹孔内， M12不能标注在光杆部分;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。改正后的结构见图解Co（4）紧定螺钉连接（图d）o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，即使有螺纹孔，螺钉能拧入，也需作局部 剖视才能表达清楚。改正后的结构见图解do习题参考答案一、 单项选择题1 A 2 A 3 B

21、4 A 5 A6 C 7 B 8 A二、 填空题1 60;连接；30;传动2螺旋升角丫小于当量摩擦角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防止螺杆与螺母(或被连接件螺纹孔)间发生相对转动(或防止螺纹副间相对转动)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) 四分析计算题 1解题要点：或 f“： = F0 _F =1 500 N-1000 N =500 N为保证被连接件间不出现缝隙，则 F0。由f CF “=F - 1 -b F 0、 C

22、b * Cm 丿得 F w - 1000 N = 2 000N1-Cb/(Cb+Cm) 1-0.52解题要点:(1 )计算压板压紧力 F 。由2fF D2 (2)确定轴端螺纹直径。由查 GB196 81，取 M16 (d113. 835 mm 12.30 mm)3解题要点(1)螺栓组连接受力分析这是螺栓组连接受横向载荷 Fr和轴向载荷Fq联合作用的情况，故可按结合面不滑移计算螺栓4解题要点:（1）计算螺栓允许的最大预紧力Fmax由a e 二d2/4得匚闪12卜Fmax 4 1.31）计算螺栓的轴向工作载荷 F。根据题给条件，每个螺栓所受轴向工作载荷相等，故有Fq 16 000F N =4 00

23、0N4 42）计算螺栓的预紧力F。由于有轴向载荷的作用，接合面间的压紧力为残余预紧力 F，故有4fF JKsFrF 丄空十 i _Cb * = 1.2“5000 N +(1-0.25$4000N =13000N 4f i Cb+6 丿 47.15小裔烤 MPa=320 MPa而b=玉-MPa =120 MPa 所以 S 3 (2)计算连接允许的最大牵引力 FRmax由不得2 fFmax 二 K s FR max得FRmax =2fFmax = 2 0.15 5086.3 N =1271.6 NKs 1.25解题要点：(1)计算螺栓组连接允许传递的最大转矩 Tmax该铰制孔用精制螺栓联接所能传递

24、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 Tmax，然后校核配合面挤压强度。也可按螺栓剪切强度和配合面挤压强度分别求出Tmax，取其值小者。本解按第一种方法计算。由2T6D二dj/4校核螺栓与孔结合面间的挤压强度：2T r .p w 卜p6 Dd shmin式中，hmin为配合面最小接触高度，hmin=60 mm-35 mm=25 mm ;二P为配合面材料的许用挤压应力， 因螺栓材料的二卜2大于半联轴器材料的门P1，故取二p =；p1=100 MPa。2T 289179134所以 cP max 2 8917 913.4 MPa =31.8 MPa :二P

25、=100 MPa6Dd shmin 6疋340疋11疋25满足挤压强度。故该螺栓连接允许传递的最大转矩 Tmax=8 917 913.4 N mm(2)改为普通螺栓连接，计算螺栓小径 d11 )计算螺栓所需的预紧力 F 。按接合面间不发生相对滑移的条件，则有6fFD/2 = KsTmaxK T 128917 9134所以 F = Ks，max 二 8917913.4 n = 65572.9 N3fD 3 汇 0.16 汇 3402）计算螺栓小径d1。4 1.3FY 兀4 1.3 65572.9 n X120mm 二 30.074 mm6解题要点: (1 )计算允许最大提升载荷 Wmax则根据接合面间不发生相对滑动条件，可得(2)确定螺栓直径由接合面间不发生相对滑动条件，可得查 GB 196 81,取 M12 (d1=10.106 mm 9.589mm)。五、结构题参看教材有关内容。