螺纹联接与螺旋传动

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1、螺纹联接与螺旋传动一、简答题(1) 为什么螺纹联接常需要防松？防松的实质是什么？有哪几类防松措施？ 试指出普通螺栓联接、双头螺栓联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？(2) 试指出普通螺栓联接、双头螺栓联接和螺钉联接的结构特点，各用在什么场合？(3) 一螺栓联接预紧后，受轴向变载荷作用，在最大工作载荷 F 及剩余预紧力不变 max的情况下，试问提高这种螺栓疲劳强度的具体措施有哪些？(4) 为提高螺栓的疲劳强度，欲减小螺栓的应力幅，请举出一个措施，并用螺栓受力 变形协调图来说明。(5) 螺栓的主要失效形式有哪些？(6) 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

2、？二、填空(1) 螺纹的公称直径是指螺纹的径，螺纹的升角是指螺纹径处的升角。螺纹的自锁条件为，拧紧螺母时效率公式为。(2) 螺纹联接常用的防松原理有， ，。其对应的防松装置有，。(3) 三角形螺纹主要用于，而矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于。(4) 标记为螺栓GB578286 M16X80的六角头螺栓的螺纹是形，牙形角等于度，线数等于，16代表，80代表。(5) 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导程S 和牙形角。(6) 为了提高螺栓强度，防止螺栓的疲劳破坏，通常采用的方法之一是减力刚度或增大刚度。(7) 有一单个紧螺栓连接，已知该螺栓所受预紧力Q = 1000N

3、，所受轴向工作载荷0Q = 500N，螺栓的相对刚度系数一匕 =0.2，则螺栓所受的总拉伸载iK + Kbc荷，残余预紧力;为保证结合面不出现缝隙，则该联接允许的最大轴向工作载荷。(需注明式中各符号的意义)(8) 受轴向载荷的紧螺栓所受的总拉力是与之和。(9) 压力容器的紧螺栓联接中，若螺栓的预紧力和容器的压强不变，而仅将凸缘间的铜垫片换成胶垫片，则螺栓所受的总拉力Q 和联接的紧密性。b(10) 在一定的变载荷作用下，承受轴向工作载荷的螺栓联接的疲劳强度是随着螺栓刚度的自己而;且随着被联接件刚度的增加而。(11) 发动机缸体与缸盖的螺栓联接经常拆装，应使用联接，为了控制预紧力需用扳手拧紧。(1

4、2) 普通螺栓联接承受横向外载荷时，依靠承载，螺栓本身受作用，该螺栓联接可能的失效形式为。铰制孔用螺栓联接承受横向外载荷时，依靠承载，螺栓本身受力作用，螺栓可能的失效形式为和。三、选择填空(1) 采用螺纹联接时，若被联接件之一厚度较大，且材料较软，强度较低，需要经常 装拆，则一般宜采用。A. 螺栓联接；B.双头螺柱联接；C.螺钉联接。(2) 在常用螺纹中，效率最低、自锁性最好的是，效率最高，牙根强度较大，制造 方便的是联接螺纹常用传动螺纹常用_。A. 矩形螺纹；B.梯形螺纹；C.三角螺纹。(3) 螺纹副在摩檫系数一定时，螺纹的牙形角越大，则_。A. 量摩擦系数越小，自锁能力越好；B. 量摩擦系

5、数越小，自锁能力越差；C. 量摩擦系数越大，自锁能力越差；D. 量摩擦系数越大，自锁能力越好。(4) 计算紧螺栓联接的拉伸强度时，考虑到拉伸和扭转的复合作用，应将拉伸载荷增 大到原来的_倍。A1.1；B1.3；C1.5；D1.7。(5) 被联接件是锻件或铸件时，应将安装螺栓处加工成小凸台或鱼眼坑，其目的是_。A.易拧紧；B.避免偏心载荷；C.增大接触面；D外观好。(6 )当螺纹公称直径、牙形角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能_。A. 被联接件的橡胶垫片改为皮革垫片；B. 在螺母下放置弹性单元；C. 被联接件的金属垫片改为橡胶垫片；D. 去掉螺母下放置弹性单元而改为普通平垫圈。(7) 受轴向

6、载荷的紧螺栓联接，在工作载荷F和残余预紧力不变的情况下，要提高 螺栓强度，可以采取的措施有。A. 减小螺栓刚度，增大被联接件刚度；B. 同时减小螺栓与被联接件的刚度；C. 增大螺栓刚度，减小被联接件刚度；D. 同时增大螺栓与被联接件的刚度。（8）螺栓联接拧紧后预紧力为Q，工作时又受轴向工作拉力F，被联接 p件上的残余预紧力为Q，则螺栓所受总拉力Q等于。（C /（C + C ）为螺 pbbm栓的联接相对刚度）A. Q + F ;pB. Q + F ；pC. Q + Q；pPD. Q + C x F/(C + C )。 pbbm（9）用于薄壁零件联接的螺纹，应采用。A.三角形细牙螺纹；B.梯形螺纹

7、；C.锯齿形螺纹；D.多线三角形粗牙螺纹。（10）在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对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。（11）螺栓的材料性能等级标成6.8级，其数字6.8代表 。A.对螺栓材料的强度要求；B.对螺栓的制造精度要求；C.对螺栓材料的刚度要求；D.对螺栓材料的耐蚀性要求。（12）对于外载荷是轴向变载荷的重要联接，螺栓所受总拉力在F与F之间变化。则 0螺栓的应力变化规律按。A. r二常数；B. b .=常数；minC. b二常数。m四、判断题1）螺纹公称直径、牙行角、螺纹线数相同时，细牙

8、螺纹的自锁性比粗牙螺纹的自锁性好。 （ ）2）为了提高受轴向变载荷螺栓联接的疲劳强度，可以增加螺栓刚度。（ ）3）三角形螺纹的牙形角比矩形螺纹的牙形角大，故三角形螺纹主要用于螺纹联接而矩形螺纹主要用于螺旋传动。（）4）螺栓联接中的螺栓受横向载荷时只需计算剪切强度和挤压强度。 （）5）在有气密要求的螺栓联接结构中，结合面之间不用软垫片进行密封而采用密封环结构，这主要是为了增大被联接件的刚度，从而增大螺栓的疲劳强度。（）6）在螺纹联接中，采用加高螺母以增加旋和圈数的办法对提高螺栓的强度并没有多少作用。（）7）减少螺栓和螺母的螺距变化差可以改善螺纹牙间的载荷分配不均的程度。（）（8）受横向载荷的铰制

9、孔精配螺栓联接，螺栓的抗拉强度不需要进行计算。（）（9）受横向载荷的紧螺栓联接主要是靠被联接件接合面之间的摩擦来承受横向载荷 的。 （ ）（10）螺栓组受转矩作用时，螺栓的工作载荷同时受到剪切和拉伸。 （ ） 五、计算题1. 一悬臂梁由四个普通螺栓联接固定于立墙上的两个夹板间，如图所示，已知载荷P=1000N，螺栓布局和相关尺寸如图示，试选择螺栓直径d。注：（1）螺栓材料45钢L =360N/mm；（2）图示尺寸单位为mm；（3）板间摩擦系数f=0.15，可靠性系数K=1 .2；4）螺纹标准见下表；螺纹外径d （mm）56810121416螺纹内径d（mm）4.1344.9176.647& 3

10、7610.10611.83513.835题2-2图2. 如图所示的夹紧联接柄承受载荷Q=600N，螺栓个数z=2,联接柄长度L=300mm，轴的直径d=60mm，夹紧结 合面的摩擦系数f=0.15,考虑摩擦传 力的可靠性系数K二1.2。试确定该f联接螺栓的直径（螺栓材料为Q235,0.6a，sa 二 240MPa）。题2-3图3螺栓组联接的二种方案如图所示，已知外 载荷 R, L=300mm, a=60mm，求:（1）螺栓组在两个方案中受力最大螺栓 的剪力各为多少？（剪力以R的倍数表示）（可用计算法或作图法求）（2）分析哪个方案较好，为什么？4.图为一钢制液压油缸，油压P二3MPa （静载），

11、油缸内径D二130mm，缸盖由6个M16 （小径d = 18.835mm ）螺栓联接在缸体上，已知螺栓的刚度C和缸体、缸盖的刚度Cbm的关系为C = 4C，螺钉材料的许用应力mb = 160MPa，根据联接的紧密性要求，残题2-4图余预紧力Q 1.5F （ F为每个螺栓的工作p拉力），求预紧力Q应控制在什么范围内才p能满足此联接的要求？2)单个螺栓承受的总拉力3)螺栓小径。6.图示支架用4个普通螺栓与立柱相 联接。已知载荷P二12000 N ,L = 150mm， H = 160mm，接合面摩擦系数f二0.15，螺栓材料的许用应力180N / mm2 ,被联接件刚度C = 3C，C为螺栓刚度。

12、取防滑系 mbb数K = 1.2，求所需螺栓小径d (接合s1 面工作能力不能验算)。7 某受轴向变载荷的紧螺栓联接，已知螺栓的刚度系数与被联接件相同，且C = C = 1，12螺栓的预紧力Q = 9000N，轴向工作变载荷为0 - Q = 9000N。 0(1) 画出该螺栓联接的“力一变形”图，并在图上标出残余预紧力Q 0，螺栓的载荷增量AQ及螺栓的总拉力Q的位置，它们的值为多少？b(2) 该联接的结合面刚要离缝时，所允许的最大工作载荷Qmax为多大？(3) 若已知螺栓的小径尺寸d = 9mm，则螺栓的工作应力幅Q为多大？1a8.图示的方形盖板用四个M12 ( d = 10.106mm )的

13、螺栓与箱体联接，位于对称中心O处1的吊环受拉力Fy，已知螺栓的许用应力LL 427MPa,工，(1)作用在吊环上的最大拉力Q = 0.6F ；问:p(2)由于制造误差，吊环的位置由O移 至O点，若测得OO = 5、辽，求Fy 下受力最大螺栓的工作拉力F。3)说明在(2)情况下，该螺栓组联 接是否安全？9如图为受轴向工作载荷的紧螺栓联接工作时力和变形的关系，试问：(1)螺栓刚度C b和被联接件刚度C的大小对螺栓受力Q有何影响？ (2)若预紧力Q二800N， p荷 F 二 1000N, C 二 4C，试计算:mbA.螺栓上总的载荷Q工作载B.残余预紧力Q p亚惬10.图示支架用4个普通螺栓联接在立

14、柱 上,已知载荷P二12400N，联接的尺寸参数如图示，接合面摩擦系数f二0.2，螺栓材料的屈服极限b二270N/mm2，安全系数题2-9CS=1.5,螺栓的相对刚度一b= 0.3，防滑系C + Cbm数K二1.2。试求所需螺栓小径d。s1i题2-10图螺纹联接与螺旋传动答案、填空(1) 大，中。螺旋升角屮小于螺旋副的当量摩擦角屮,匕 tan帥+屮)v(2) 摩擦防松，机械防松，铆冲防松。双螺母，开口销，铆死、冲点。(3) 联接，传动。(4) 三角,_60，1,螺纹公称直径，杆长。(5) 导程S和牙形角。(6) 螺栓、被联接件。(7) Q = 1100N，Q = 600N ； Q Fp max

15、F 2229.91Q max = 14866.07Np f 0.15Q 二 14866.07NpQ 二 Q 二 14866.07Np二 8.276mm;4 x 1.3 x 14866.07 兀 x 360 d = 10 mmd1 = &376mm 皑皿2. 解：假定夹紧机构在螺栓联接并预紧的情况下近似为一刚性体，如图，在载荷及螺栓预紧力作用下，产生正压力 N ， N ，由于 N ， N 产生的摩擦力较小，则近似有1 2 1 2N = N , Q = Q1 2 1 2又由在 y 向的受力关系有N cos Q + N cos Q u Q1 1 2 2 根据力矩平衡有-f N + f N -二 K

16、Ql22r 2f以夹紧机构的左半部分为研究对象，又由于螺栓预紧力较大，则可以认为F 二 F12考虑左半部分在x向的受力关系有N sin Q u F + F2 1 2由（1）、（2）、（3）、（4）、（5）得df )2F 二 F 二 QLK ,1 (122df2L - K型 J300 一 1460 x 0.15=12000N则螺栓所受总拉力Q = F = 12000N1螺栓危险截面的直径（螺纹小径 d ）为1i4 xfL3Q I1 4 x 1.3 x 1.2兀o 一x 0.6 x 240di=11.74mm按照粗牙普通螺纹标准（GB196-81）,选取螺纹公称直径d = 14mm （螺纹小径 d

17、 = 11.835mm 11.74mm）。13. 解：方案（a）：设通过螺栓组对称中心并与接合面相垂直的轴线为回转轴线（螺栓 2 的轴线）。在工作载荷R的作用下，螺栓组联接承受横向工作剪力R以及由R产生的转矩 T = R-1的作用。在转矩T的作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力T R - / - a R - 5a 25F = F =r max = R1T2T r 22a 22a 22i i=1在工作剪力 R 作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力F = F = F = 1R （方向与R相反）1R2 R3R 35113因此 F = F - F = R - R = R （与 R 同向）1 1T1 R23

18、6F = F = 1R （与R反向）2 2R35117F = F + F =_ R + _ R = R （与 R 反向）3 3T3 R236则螺栓所受最大工作剪力F = F = 2.83R max 3方案 （b） ：设通过螺栓组对称中心O并与接合面相垂直的轴线为回转轴线。在工作载荷R的作用下，螺栓组联接承受横向工作剪力R以及由R产生的转矩T = R - /的作用。在转矩T的作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力T R -1 - a R - 5a 25F = F = F = r max = R4T 5T 6T g 厂 23a 23a 23ii=1在工作剪力R作用下，薄板在各螺栓所受的工作剪力F =

19、F = F = -R (方向与R相反)4 R5 R6 R3由图显然F与F的合力最大5 R5TF = F + F5 5T5 RF2 = F 2 + F 2 一 2F F cosl5o55T5 R5 R 5T因此 F = 5.877 R = 1.96 R53则螺栓所受最大工作剪力F= F = 1.96R。max 5由上面分析计算可以看出：方案(b)螺栓最大工作剪力较小，而且各螺栓受力相对(a)方案较均匀，方案(b)较好。4. 解：(1)螺栓所受的工作载荷如图，在油压 P 的作用下，螺栓组联接承受轴向 拉力的作用：轴向拉力P = PS = 3 x 106 x“ ()2=3x 106 xn x(0.1

20、3)2 = 39819.69NV在轴向拉力P的作用下，各螺栓所受轴向工作载荷为PPF = = v = 6636.61N z 62)螺栓的预紧力由Q = Q + m F及题意 p p C + CbmQ 1.5F + 4Cb F = 2.3F = 15264.21NpC + 4Cbb对于碳素钢螺栓，要求预紧力：Q (0.6 - 0.7)b Ap S 1考虑预紧力的情况下，取螺纹联接安全系数S二1.5。由 G 二 sL, A = d 2 可得S14 1Q (0.6-0.7)xSxlnx-d 2p 4 1兀二 0.6x 1.5x 160x-(13.835)2二 21647.65N因此， 15264.2

21、1 Q 0P 1000则 z = 8min2)螺栓的受力分析在压强P的作用下，螺栓联接承受轴向力兀D 2兀P = P 3 x x 1602 = 60318.58NV44在轴向力P的作用下，各螺栓所受的轴向工作载荷为VPF =十=7539.82Nzmin单个螺栓承受的总拉力Q = Q + F = 1.6F + F = 19603.54Np(3) 螺栓危险截面的直径(螺纹小径d )为1d.4 x 1.3 x 19603.54兀 x 180=13.43mm6. 解：(1)在力P的作用下，螺栓组联接受到倾覆力矩M作用:M = PL = 12000 x 150 x 10 -3 = 1800N - m2)

22、在倾覆力矩 M 作用下，上面两螺栓受到加载作用，而下面两螺栓受到减载 作用，故上面螺栓受力较大，所收拉力 F max：max MLmaxF max 二寸 了/! /H、2HE l 24 X （一）2i21800i=1二5626N2 x 160 x 10 -3即螺栓所受轴向工作载荷F = F max二5625N在力P的作用下，根据联接接合面不滑移条件fzQ K P有PsQ n KsP = L2 x 12000 = 24000Np fz 0.15 x 4取 Q = 24000NP4)螺栓所受总拉力：CCQ = Q +bF = 2400 +-bx 5625 = 25406.25Np C + - +

23、3-b mb b5)螺栓危险截面的直径(螺纹小径 d )为1冗g_：4XI3X25406.25 二 15.285mm兀 x 180C解：（1）Q = Q +1 Q = 9000 + 4500 = 13500N b 0- + -12-（2）由残余预紧力Q0 = Q - Q得:0 0 - + -12+ 当 Q = 0 时，Q max =Q = 2 x 9000 = 18000N-02(3)由应力幅Gag - g min max1 2 - + -1212x9000x1 + 1 兀 x 92= 35.368MPa8. 解题要点：(I) 该螺栓组受预紧里后再承受轴向工作载荷；(II) 当吊环位置由对称中

24、心O移至O时，螺栓组受倾覆力矩M，在倾覆力矩作用下，左上角螺栓受到加载作用，右下角螺栓受到减载作用，故左上角螺栓受力较大，螺栓组的强度计算应以左上角螺栓为对象。解：在轴向住的作用下各螺栓所受的工乍拉力F仝由于工作拉力位于通过螺栓组 O 的轴线，因此螺栓所受的轴向工作载荷为F 二 F 二勺1z螺栓所受的总拉力为Q = Q + F = 0.6F + F = 1.6Fp螺栓危险截面的拉伸强度条件为 丄翌t 兀丿d 轴向载荷 Fy 作用下，螺栓所受工作拉力 y max4 11.3 x 1.6 x 殳 ri由式（1）、（2）、（3）得 J InJ叫口y 4 x 1.3 x 1.6可得“叫06）2 X 4

25、27 = 16466.94NFXF =max1 z16466.94 = 4116.74N44 x1.3 x1.6在工作载荷Fy的作用下，螺栓组承受的倾覆力矩乙maxM = Fy- 00 = 16466.94 x 5、辽 x 10-3 二 116.44N - m厶max左上角螺栓受载荷FmaxFmaxM -1=max乞l 2ii=1=Ml = M=环=2/116.44=411.68 N2 X 200 于10 一3故左上角螺栓所受轴向工作载荷即工作拉力为F 二 F + F 二 4116.74 + 411.68 二 4528.47N1 maxQ = Q + F = 0.6F + F = 1.6F =

26、 7245.47N p螺栓危险截面的拉伸应力为1.3Q1.3 x 7245.471 “小g 二 二二 117.43MPa v la二 427MPaai兀兀d 2x 10.10624 14因此，该落实组联接安全。9. 解题要点：要弄清楚轴向工作载荷螺栓联接的变形与力的关系线图，尤其是螺栓刚度tan0二C bb和被联接件刚度tan0二C不同时线图的变化情况。mm解：C（1）减小C，C v C在Q、C、F不变时，Q = Q +b F，Q C，在Q、C、F不变时，Q = Q +一b F，Q Q，即增大Q。m21（2）螺栓的总拉力CCQ = Q + b F = 800 + bx 1000 = 1000N

27、p C + CC + 4Cb mb bC由Q = Q + CmF得螺栓残余预紧力为p p C + CbmQ = QppCmC + Cbm4CF = 800 bC + 4CbbF = 800 4 x 1000 = 0510. 解题要点：（I）载荷P产生倾覆力矩M，在M作用下，左边的两个螺栓所受轴向拉力较大，容 易拉断实效，因此所需螺栓小径d的计算应以左边两螺栓为对象；1（II）在横向载荷P的作用下，支架可能产生滑移，使联接失效。为此，要保证在螺栓 预紧力作用下，联接的接合面间产生的摩擦力大于横向载荷与防滑系数的乘积；（III）在倾覆力矩M的作用下，支架与立柱接合面压溃失效，应校核结合面右部的压

28、强。本题末要求此项计算。在力P的作用下：（1） 螺栓组联接承受的倾覆力矩（顺时针方向）；M 二 P x 150 二 12400 x 150 二 1860000 N cm（2）在倾覆力矩M的作用下，左边的两螺栓受力较大，所受载荷F ； maxMl 186000 x TF =ma 二二 5812.5Nmax z160 l 24 x （上）2i2i=1（3）在横向力M作用下，支架与立柱接合面可能产生滑移，根据不滑移条件fQ z KPps可得Qp f =心=18600N0.2x4（4）左边螺栓所受总拉力Q :Q = Q +CbF = 18600 + 0.3 x 5812.5 = 20343.75Np C + Cbm5）螺栓的许用应力r I c 270b=s = 180 MPaS 1.5（6）螺栓危险截面的直径（螺纹小径d 1）d1.4 x 1.3 x 20343.75兀 x 180=13.677mm3) 螺栓所受的总拉力为