北航机械设计答案—螺纹连接
05 机械设计作业参考答案_螺纹连接和螺旋传动
螺纹连接和螺旋传动1、【答】普通螺纹：牙型为等边三角形，牙型角60度，内外螺纹旋合后留有径向间隙，外螺纹牙根允许有较大的圆角，以减小应力集中。
同一公称直径按螺距大小，分为粗牙和细牙，细牙螺纹升角小，自锁性好，抗剪切强度高，但因牙细不耐磨，容易滑扣。
应用：一般连接多用粗牙螺纹。
细牙螺纹常用于细小零件，薄壁管件或受冲击振动和变载荷的连接中，也可作为微调机构的调整螺纹用。
矩形螺纹：牙型为正方形，牙型角 0α，传动效率较其它螺纹高，但牙根强度弱，螺旋副=磨损后，间隙难以修复和补偿，传动精度降低。
梯形螺纹：牙型为等腰梯形，牙型角为30度，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，工艺较好，牙根强度高，对中性好。
主要用于传动螺纹。
锯齿型螺纹：牙型为不等腰梯形，工作面的牙侧角3度，非工作面牙侧角30度。
外螺纹牙根有较大的圆角，以减小应力集中，内外螺纹旋合后，大径无间隙便于对中，兼有矩形螺纹传动效率高和梯形螺纹牙型螺纹牙根强度高的特点。
用于单向受力的传动螺纹。
普通螺纹适合用于连接，矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹适合用于传动。
普通螺纹、梯形螺纹和锯齿形螺纹已经标准化。
2、将承受轴向变载荷连接螺栓的光杆部分做的细些有什么好处？【答】可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓连接的强度。
3、【答】连接用螺纹紧固件一般都能满足自锁条件，并且拧紧后，螺母、螺栓头部等承压面处的摩擦也都有防松作用，因此在承受静载荷和工作温度变化不大时，螺纹连接一般都不会自动松脱。
但在冲击、振动、变载荷及温度变化较大的情况下，连接有可能松动，甚至松开，造成连接失效，引起机器损坏，甚至导致严重的人身事故等。
所以在设计螺纹连接时，必须考虑防松问题。
螺纹连接防松的根本问题在于防止螺旋副相对转动。
具体的防松装置或方法很多，按工作原理可分为摩擦防松、机械防松和其它方法，如端面冲点法防松、粘合法防松，防松效果良好，但仅适用于很少拆开或不拆的连接。
【答】螺纹联接的主要类型有螺栓联接、螺钉联接、双头螺柱联接和紧定螺钉联接四种。
螺纹连接习题及答案
螺纹连接习题及答案螺纹连接习题及答案螺纹连接是机械工程中常见的一种连接方式，它通过螺纹的互相咬合来实现零件之间的紧固。
在实际工程中，对于螺纹连接的设计和计算十分重要。
本文将介绍一些螺纹连接的习题，并给出相应的答案，以帮助读者更好地理解和应用螺纹连接。
习题一：某机械零件需要使用螺纹连接，要求能够承受1000N的拉力。
已知螺纹的材料为碳钢，螺纹直径为10mm，螺距为1.5mm。
请计算螺纹连接的最小螺纹长度。
解答：螺纹连接的最小螺纹长度可以通过以下公式计算：L = K * d其中，L为最小螺纹长度，K为螺纹长度系数，d为螺纹直径。
根据经验值，螺纹长度系数K一般为1.5~2。
在本题中，我们取K=1.8。
将已知数据代入公式，可得最小螺纹长度L = 1.8 * 10 = 18mm。
因此，螺纹连接的最小螺纹长度为18mm。
习题二：某机械零件需要使用螺纹连接，要求能够承受1000N的拉力。
已知螺纹的材料为碳钢，螺纹直径为10mm，螺距为1.5mm。
请计算螺纹连接的最小螺纹材料截面面积。
解答：螺纹连接的最小螺纹材料截面面积可以通过以下公式计算：A = F / (σ * K * d)其中，A为最小螺纹材料截面面积，F为拉力，σ为螺纹材料的抗拉强度，K为螺纹长度系数，d为螺纹直径。
根据材料性质表，碳钢的抗拉强度σ一般为400MPa。
将已知数据代入公式，可得最小螺纹材料截面面积A = 1000 / (400 * 1.8 * 10)≈ 0.14mm²。
因此，螺纹连接的最小螺纹材料截面面积为0.14mm²。
习题三：某机械零件需要使用螺纹连接，要求能够承受1000N的拉力。
已知螺纹的材料为碳钢，螺纹直径为10mm，螺距为1.5mm。
请计算螺纹连接的最小螺纹剪切面积。
解答：螺纹连接的最小螺纹剪切面积可以通过以下公式计算：A_s = F / (τ * K * d)其中，A_s为最小螺纹剪切面积，F为拉力，τ为螺纹材料的抗剪强度，K为螺纹长度系数，d为螺纹直径。
机械设计总论及螺纹连接-答案
《机械设计》作业一 —— 机械设计总论及螺纹连接姓名班级学号成绩一、填空题1、若一零件的应力循环特性r=+0.5，σa =70N/mm 2，则此时σm 为210N/ mm 2，σmax 为280 N/mm 2，σmin 为140 N/mm 2。
2、材料对称循环弯曲疲劳极限σ-1 =300N/mm 2，循环基数N 0=106，寿命指数m=9，当应力循环次数N=105时，材料的弯曲疲劳极限 σ-1N =387.5N/mm 2。
3、在变应力工况下，机械零件的损坏将是疲劳断裂，这种损坏的断面包括光滑区和粗糙区。
4、机械零件常见的失效形式有整体断裂、过大的残余变形、表面破坏、正常工作条件的破坏。
5、螺纹的公称直径是指螺纹的___大径__。
6、粗牙螺纹的定义是_同一螺纹公称直径下螺距最大的那种规格的螺纹。
7、螺纹的升角是指螺纹中径处的升角,拧紧螺母时效率公式为)(v tg tg ρψψη+=。
8、在螺纹连接中，当两个被连接件之一太厚，不宜制成通孔、采用普通螺栓连接时，往往采用_____螺钉___连接或双头螺柱连接。
9、三角形螺纹主要用于联接，而矩形、梯形和锯齿形螺纹主要用于传动。
10、螺纹连接常用的防松方法有摩擦防松、机械防松、破坏防松。
11、螺纹连接的拧紧力矩包括克服螺纹副相对转动的阻力矩和螺母与被联接件支承面间的摩擦阻力矩。
12、计算螺栓强度时用螺栓的小径，分析螺纹的受力时用螺栓的中径。
13、仅承受预紧力的是紧螺栓连接强度计算时，螺栓危险截面上有拉伸和扭转载荷联合作用。
因此，在截面上有拉应力和剪应力。
14、采用经机械加工制成的凸台或沉头座孔做为螺栓与螺母接触的支承面是为了避免螺栓受到偏心载荷。
15、螺栓强度等级标记6.6级，6⨯6⨯10=360MPa表示材料的屈服强度；螺母强度等级标记8级，8⨯100=800MPa表示材料的抗拉强度。
16、对于重要的联接不宜用小于M12-M16的螺栓主要是因为避免预紧时拧断螺栓。
机械设计基础第十五章螺纹连接参考答案
机械设计基础第十五章螺纹连接参考答案第十五章螺纹连接15-12、已知气缸的工作压力在00.5a MP 之间变化。
汽缸内径500mm D =，汽缸盖螺栓数目为16，结合面间采用铜皮石棉垫片。
试计算汽缸盖螺栓直径。
s 22600.50.5109817644613661.5920415340s 3,Q A Q D F P P NFF NF F N F F F N σσ∏∏?===??===''==''=+==b 解：由于气缸盖螺栓连接需满足气密性、强度等要求，并要求具有足够的疲劳强度。
按表选定螺栓强度级别、材料及其主要力学性能如下：6.8级、45钢、=600MPa 、=480MPa.汽缸最大荷载螺栓工作载荷残余锁紧力螺栓最大拉力取安全系数故许用拉1480160312.6mm c 0.8c 153400.8613610431.2153401043124552sMPad mmF N F F Nσσ==≥=='=-?='--==11121012应力：[]=s 螺栓直径查标准确定标准螺栓尺寸：M16内径d =13.835螺栓疲劳轻度校核：相对刚度、选石棉垫片c +c 锁紧力 F =F -c +c 螺栓拉力变化幅 2螺栓危222101d 13.835150.331442455=16.3312150.331a 0.87 1.251192[]17.846[]3 3.90.87 1.251[]316a m u a a m u a a A mm F F MPaA K K MPaS K K K s δδδδεδδεδ-∏?∏==='-=====?=====-1B 险截面积螺栓应力幅螺栓材料疲劳极限=0.32=0.32600=192MP 许用应力幅其中：、、、疲劳强度校核：.330a []17.846a MP MPa σ=∴ 安全15-13、一托架用6个铰制孔用螺栓与钢柱相连接，作用在托架上的外载荷4510Q F N =?。
第五章螺纹连接答案
5-8 解：
s 320 Mpa 性能等级为4.8的螺栓，由表5-8查得：
则由题目已知：
F 0 0.7 s A1 0.7 320 80 .214 N 17968 N 因M 12螺栓的小径为d1 10 .106 mm, A1 r 2 80 .214 mm 2 由平衡条件知此联接所能传递的横向载荷为： fF0 Z k s Fh 取防滑系数k s 1.2 查表5 5，得结合面的摩擦系数f 0.3 fF0 Z 计算得横向载荷Fh 8984 N ks
4
d12
Cb F2 F0 F Cb C m
如何求F0?
根据横向工作载荷求解初始预紧力
8
F
i 1
1i
f K s F x
Cm F1i F0 Fi Cb Cm
F0
F F
i 1 i
8
y
其中：F1i是第i个螺栓的残余预紧力
Fi是第i个螺栓的轴向工作载荷
如何求F （螺栓的轴向工作载荷）? 在轴向力 F y 的作用下，螺栓所受的工作拉力为：
5-9 解：
Cb 橡胶垫片 0.9 Cb Cm Cb 总拉力：F2 F0 F 15000 0.9 10000 24000 N Cb Cm 残余预紧力：F1 F2 F 14000 N
(a) 横向载荷P作用在各个螺栓上的剪力为：
F FPi 10 KN 6 转矩T作用在各个螺栓上的剪力为： FL FTj 20 KN 6r 由受力矢量图可知，最右侧的螺栓受力最大，如下 Fmax FP1 FT 1 30 KN
(b)
F 由横向载荷P产生的剪力为：FPi 10 KN 6 Mr FLr 由转矩T产生的剪力为：F j max z max 6 max 24 .4 KN 2 2 r r i i
西北工业大学机械设计第八版第五章答案
第五章参考答案5-2答：可以减小螺栓的刚度，从而提高螺栓联接的强度。
5-3 解：⎪⎭⎫⎝⎛=++==21202243.1,,4d F F C C C F F z D P F ca m b b πσπ最大应力出现在压缩到最小体积时，最小应力出现在膨胀到最大体积时。
当汽缸内的最高压力提高时，它的最大应力增大，最小应力不变。
5-4 解：将∑F 力等效转化到底板面上，可知底板受到轴向力y F ∑，横向力x F ∑和倾覆力矩M 。
1) 底板最左侧的螺栓受力最大，应验算该螺栓的拉伸强度，要求拉应力[]σσ≤。
2) 应验算底板右侧边缘的最大挤压应力，要求最大挤压应力[]pp σσ≤max ，0minp σ。
3) 应验算底板在横向力的作用下是否会滑移，要求摩擦力2F F f 。
5-5 解：采用铰制孔螺栓联接为宜，因为托架所承受的载荷有较大变动，普通螺栓联接靠接合面产生的摩擦力矩来抵抗转矩。
用普通螺栓时，由公式：()∑==+++≥z i is z s r f TK r r r f T K F 1210...和[]σπσ≤=21043.1d F ca 可求得螺栓的最小直径；用铰制孔螺栓时，由公式∑==zi irTr F 12maxmax 及挤压强度和剪切强度公式可以计算出此时的最小直径，两个直径进行比较可得出用铰制孔螺栓的直径小。
5-6 解：螺栓组受到剪力F 和转矩()FL T T =作用，设剪力F 分在各螺栓上的力为i F ，转矩T 分在各螺栓上的力为Tj F 。
在图（a ）螺栓布置方案中，各螺栓轴线到螺栓组对称中心的距离都为mm r 125=，故kN rT F kN F F Tj i 206,1061====，所以各螺栓受力最大为kN F a 302010=+= 在图（b ）螺栓布置方案中，最大螺栓所受的力为：,1061kN F F i ==kN r Tr F z i i Tj 4.2412max max ==∑= 所以合外力为：kN F F F F F j i Tj i b 6.33cos 2max 2max 2=++=θ由以上可得出，采用（a ）所用的螺栓直径较小。
机械设计题库螺纹连接
摩擦力矩
传递转矩的；铰制
孔螺栓连接的凸缘联轴器是通过 剪切与挤压 传递转矩的。
16. 按照平面图形的形状，螺纹分为 三角形螺纹
、 梯形螺
纹
和
锯齿形螺纹
等。
17. 普通三角形螺纹的牙型角为___60__度。而梯形螺纹的牙型角为 30 度。
18. 常用连接螺纹的旋向为____右____旋。
19. 三角形螺纹包括 普通 螺纹和 圆柱管 螺纹两种。
F
C. F0 F F
5. 当铰制孔用螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓
D。
A. 必受剪切力作用
B. 必受拉力作用
C. 同时受到剪切与拉伸
D. 既可能受剪切，也可能受到挤压
作用
6. 螺栓强度等级为 6.8 级，则螺栓材料的最小屈服极限近似为 A
。
A. 480 MPa
B. 6 MPa
C. 8 MPa
D. 0. 8 MPa
7. 下列四种螺纹中，自锁性能最好的是 B 。
A. 粗牙普通螺纹
B. 细牙普通螺纹
C. 梯形螺纹
D. 锯齿形螺纹
8. 用于联接的螺纹多为普通螺纹，这是因为普通螺纹 C 。
A、传动效率好；
B、防振性能好；
C、牙根强度高，自锁性能好； D、自锁性能差。
五、 结构题（5 分）
1. 下图分别用六角头 M16 的普通螺栓、六角头 M16 的铰制孔螺栓连接两块厚 度为 20mm 的钢板，采用弹簧垫圈，补画出其余结构线条，并注明那个是普 通螺栓连接，那个是铰制孔螺栓连接（4 分）。
解：
普通螺栓连接（2 分）
铰制孔螺栓连接（2 分）
2. 如图连接面受转矩作用，利用四个螺栓完成连接，重新布置螺栓组使其受力 更为合理，并在右边画出铰制孔用螺栓连接结构示意图。（6 分）
螺纹联接答案
螺纹联接1、如图所示，用四个普通螺栓将一悬臂梁固定在立墙上的两块夹板间。
已知载荷，图中尺寸。
钢板间摩檫系数，防滑系数N P 1000=mm L mm a 50050==，15.0=f ，螺栓的许用拉应力，试选择用此工况下的普通螺栓的直径。
2.1=s K []a MP 360=σ普通螺纹公称直径()mm第一直径系列d56810121620小径1d 4.134 4.917 6.6478.37610.1013.83517.29解：由图可见，将力P 移到螺栓组形心，则整个螺栓组所受的力为和，而使P PL T =P 整个螺栓受力为，使每个螺栓受力为。
p F T T F N P F P 250410004===N a PL a a T F T 22500502250010002222422=⨯⨯==⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=同图可知螺栓1、2的受力最大。
()N F F F F F F T P T P 5.37162222500250222500250135cos 22202221=⨯⨯⨯++=-+==所需预紧力：N fm F K F s 14866215.05.37162.110=⨯⨯==螺栓危险截面的直径： []mm F d 267.8360148663.143.1401=⨯⨯⨯=⨯=πσπ查表选择公称直径的螺栓。
mm d 10=2、解：试指出图示螺纹联接结构中的错误，说明原因。
已知被连接件材料为Q235，连接件为标准件。
解：普通螺栓联接（１）螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装；（２）普通螺栓联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隙；（３）被连接件表面没有加工，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）一般连接不应采用扁螺母；（5）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向不对；（6）螺栓长度不标准，应取标准长；mm l 60=（7）螺栓中螺纹部分的长度短了，应取为30mm 。
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第32章螺纹连接的设计32-1试找出图32-27中所示螺纹连接结构中的错误，并改正。
（a）
（b）
（c）
（d）
图32-27
32-13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，试提出三种能提高联轴器传递转矩的方法。
答：①可以适当增加结合面的数量；
②可以适当增加预紧力；
③可以适当增加接合面的粗糙度，以提高摩擦因数。
（如果第1种，不能实现，可以增加结合面数量）
32-26图32-43为由两块边板和一块承重板焊成的龙门起重机导轨托架，两块边板各用4个螺栓与工字钢相连接，托架所受载荷随吊重量不同而变化，其最大载荷为20kN。
试确定应采用哪种连接类型，并计算出螺栓直径。
图32-43
解：根据托架的结构，可以采用普通螺栓连接或铰制孔螺栓连接。
（1）采用普通螺栓连接
螺栓组受横向载荷：kN
F
R
20
=
旋转力矩：m
N
m
N
L
F
T
R
⋅
=
⋅
⨯
=
⋅
=6000
300
20
①在横向载荷
R
F作用下，各螺栓所受预紧力，由公式（32-23），取12
.0
,2.1=
=
f
f
kμ，8
,1=
=z
m可得
kN
kN
mz
F
k
F
s
R
f25
8
1
12
.0
20
2.1
1
'=
⨯
⨯
⨯
=
=
μ
② 在旋转力矩作用T 下，各螺栓所受预紧力，由公式（32-27）可得
kN kN r T
k F z
i i
s f 71.702
75812.060002.11
2'=⨯⨯⨯=
=
∑=μ
其中mm mm r r r 2751501502
1
22821=+=
===
(此题应该采用你第一次的方法，只是21F F F '+'=')，因为预紧力的方向为轴向方向，直接相加
从图32-43（b ）可知，各螺栓所受合预紧力为
kN
kN kN
F F F F F 14.90135cos 71.7025271.7025135cos 222'2'12
'22'1'=⨯⨯⨯-+=-+= 选取螺栓强度等级为10.9级，可得MPa s 900=σ，取螺栓连接的安全系数5.1][=S ，则螺栓材料的许用应力MPa MPa S s 6005.1/900]/[][===σσ，则所需的螺栓危险剖面的直径为
mm mm F d 78.15600
14.31014.903.14][3.143
'=⨯⨯⨯⨯=⨯=σπ
按GB169-81，选用M16的螺栓。
（请用下面的方法计算一下，看看结果）结果差距很大 先把横向力合成，得到最大的横向力，然后用（32-23），计算预紧力。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
在横向载荷20kN 的作用下，各螺栓所受的横向力为
kN kN z F F R R 5.28
20'===
在旋转力矩T 的作用下，各螺栓所受横向力为
kN
kN r
T
k F F z
i i
f s R 49.82
75860002.11
'2'
=⨯⨯=
=
=∑=μ
kN
kN kN
F F F F F R R R R R 45.19135cos 49.85.2249.85.2135cos 222'''2
''2'=⨯⨯⨯-+=-+= 合成 各螺栓的预紧力为：
kN kN m
F k F s R f 5.1941
12.045
.192.1'
=⨯⨯=
=
μ合成
螺栓直径：
mm mm F d 13.23600
14.3105.1943.14][3.143
'=⨯⨯⨯⨯=⨯=σπ
按GB169-81，选用M24的螺栓。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
（2）采用铰制孔螺栓连接
①在横向载荷R F 作用下，各螺栓所受剪力，由公式（32-25）可得
kN kN z F F R s 5.28
20===
② 在旋转力矩作用T 下，各螺栓所受剪力，由公式（32-31）可得
kN kN r Tr F z
i i s 07.7)
275(827560002
1
2
max
max =⨯⨯=
=
∑=
其中mm mm r r r r 2751501502
1
22821max =+=
==== 从图32-43（c ）可知，各螺栓所受合剪力为
kN
kN kN
•F F F F F s s s s sR 01.9135cos 07.75.2207.75.2135cos 222max 2
max 2
=⨯⨯⨯-+=-+= 选取螺栓强度等级为4.6级，可得MPa s 240=σ，取螺栓连接的安全系数5.2][=τS ，
5.2][=p S ，则螺栓材料的许用剪应力MPa MPa S s 965.2/240]/[][===τστ，许用挤
压应力MPa MPa S p s p 965.2/240]/[][===σσ，则所需的螺栓危险剖面的直径为
按许用剪应力计算 mm mm m F d sR 94.101
9614.31001.94][43
1=⨯⨯⨯⨯==
τπ
按许用挤压应力计算 min
2][h F d p sR
σ=
，可知当m h 784.0min ≥时，有12d d ≥
按GB169-81，选用M12的螺栓。
32-33 图32-50所示为悬挂吊车轨道的托架，可用两个普通螺栓连接在钢梁上。
已知起吊重物时托架所受最大作用力P=10kN ，钢梁和托架材料均为A3钢，有关尺寸如图32-50所示。
试设计此螺栓连接。
图32-50
解：（1）螺栓受力分析
经分析可知，螺栓组在P 的作用下，承受轴向力和翻转力矩的作用：
轴向力：kN kN P F F Q Q 52
10
22
1
===
= 翻转力矩：m N m N M ⋅=⋅⨯=380038010
kN kN r r Mr F F M
M
31.7260
260260
38002
2222112
1
=+⨯=+=
=
由图32-50可知，左边螺栓1所受的工作拉力最大，为
kN kN F F F Q M 31.12)531.7(1
11=+=+=
（2）求螺栓所受总拉力 取螺栓相对刚度
2.0211=+c c c ，则8.02
12
=+c c c 。
取剩余预紧力F F 3.0'
'=，则
kN kN F F 693.331.123.03.01''=⨯==
预紧力：kN kN c c c F
F F 541.13)8.031.12693.3(2
12
'
''
=⨯+=++=
螺栓所受总拉力：kN kN F F F 003.16)693.331.12('
'0=+=+= （3）确定螺栓直径
选取螺栓强度等级为4.6级，可得MPa s 240=σ，取螺栓连接的安全系数5.1][=S ，则螺栓材料的许用应力MPa MPa S s 1605.1/240]/[][===σσ，则所需的螺栓危险剖面的直径为
mm mm F d 87.12160
14.310003.163.14][3.143
0=⨯⨯⨯⨯=⨯=σπ
按GB169-81，选用M14的螺栓。
（4）校核螺栓组连接的工作能力
① 连接接合面一端的挤压应力不得超过许用值，以防止接合面下段压碎，即
钢3A 'max
][p W
M A zF p ≤+=
式中接合面有效面积2
2
64800180)300660(mm
mm A =⨯-=，抗弯截面模量
37222100386.1)300660(6
180
mm mm mm W ⨯=-⨯=
带入max p 表达式，得
MPa MPa W M A zF p 784.0)10
0386.13800106480010541.132(2
63'max
=⨯+⨯⨯⨯=+=-- 由相关机械设计手册，可知钢3A max ][p p ≤，故该连接接合面的下端不至于压碎。
② 连接接合面上端应保持一定的剩余预紧力，以防止托架受力时接合面产生间隙，即
0min >p ，则
00521.0)100386.13800106480010541.132(2
63'min
>=⨯-⨯⨯⨯=-=--MPa MPa W M A zF p
故接合面上端受压最小处不会产生间隙。
综上所述，采用两个M14的螺栓，可以满足设计要求。