机械设计螺纹计算题答案
机械设计螺纹连接计算题
【例1】 图示方形盖板用四个螺钉与箱体连接，盖板中心O 点的吊环受拉力F Σ=8kN 。
试完成：（1）取残余预紧力F 1为工作拉力的0.8倍，求螺钉的总拉力F 2；（2）如果已知M6螺钉的d 1＝4.917mm ，[σ]=260MPa ，试校核螺钉组的强度。
F ∑ 4-M6200 600解：（1）求各螺钉的工作拉力：F=F Σ/n =8/4=2kN（2）求各螺钉的残余预紧力：F 1=0.8F =1.6kN（3）求各螺钉的总拉力：F 2=F 1+F =3.6kN（4）校核螺钉的强度：[]σπσ<=⨯⨯==246.59MPa 917.414.300362.55.22212d F 该螺钉组满足强度条件【例2】 如图所示，两根梁用8个5.6级普通螺栓与两块钢盖板相联接。
梁受到拉力F =32kN ，摩擦系数f =0.2，安全系数S =1.5，防滑系数K S =1.2，控制预紧力，试确定所需螺栓的小径。
F F解：（1）求螺栓的预紧力：N 24000242.0320002.10=⨯⨯⨯=≥fzi F K F s （2）求螺栓的许用拉应力 屈服极限：MPa s 3001006.05=⨯⨯=σ许用拉应力：[]200MPa 5.1/300/===S S σσ（3）求螺栓的小径[]mm 1.1420014.3240002.52.501=⨯⨯=≥σπF d【例3】 起重卷筒与大齿轮用6个普通螺栓连接在一起，如图所示。
已知卷筒直径D =600mm ，螺栓分布圆直径D 0=800mm ，接合面间的摩擦系数f =0.15，防滑系数K s =1.2，起重钢索拉力Q =40kN ，螺栓材料的许用拉应力[σ]=80Mpa ，试求螺栓小径。
解：（1）求起重卷筒传递的扭矩：T =QD /2=40000×600/2=1.2×106 N.mm（2）求预紧力：N 4000400615.0102.12.16s 0=⨯⨯⨯⨯=≥fzr T K F （3）求螺栓直径：[]mm 1.912014.340002.52.501=⨯⨯=≥σπF d Q D 0D。
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。
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、 简要分析普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹和锯齿螺纹的特点，并说明哪些螺纹适合用于连接，哪些螺纹适合用于传动？哪些螺纹已经标准化？【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0=α，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、螺纹联接为何要防松？常见的防松方法有哪些？【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。
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 螺纹联接和螺旋传动题库及答案
螺纹联接和螺旋传动题库及答案一、 思考题（略） 二、 习题1、如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：（1）当工作载荷为2000N 时，求螺栓所受总拉力及被联接件间残余预紧力。
（少？解：（1）145tan =︒=c k ，由图知预紧力N 40000＝F 。
螺栓所受总拉力N 32472000157735.057735.040000=⨯++=++=E c b b a F k k k F F 被联接件间剩余预紧力N 27322000157735.0140000=⨯+-=+-=E c b c R F k k k F F a F 和R F 图示如下：（2）被联接件不出现缝隙，需00≥+-=E cb cR F k k k F F N .4630940001157735.00max =⨯+=+F k k k F c c b E ≤2．受轴向力紧螺栓联接，已知螺栓刚度N/mm104.0k 6b⨯=，被联接件刚度N/mm 106.1k 6c⨯=，螺栓所受预紧力N 80000=F ，螺栓所受工作载荷为N 0004E=F 。
要求：（1）按比例画出螺栓与被联接件受力-变形图（比例尺自定）。
（2）在图上量出螺栓所受的总拉力a F 和剩余预紧力R F ，并用计算法求出此二值，互相校对。
（3）若工作载荷在0～4000 N 之间变化，螺栓的危险截面面积为96.6mm 2，求螺栓的应力幅σa 和平均应力σm （按计算值F 0等求σm 、σa ，不按作图求值)。
预紧后螺栓变形mm 20.0104.08000k F 6b 00=⨯==b δ 被联接件变形mm 005.0106.18000k 6c 00=⨯==F c δ（1）4000NF aF E F R。
机械设计总论附螺纹连接答案
一、填空题1、 若一零件的应力循环特性r=+0.5，二a =70N/mm 2，则此时 5为210N/ mm 2，二max 为 280 N/mm 2，-口和为 140 N/mm 2。
2、 材料对称循环弯曲疲劳极限 二i =300N/mm 2，循环基数 N °=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2<1N =387.5N/mm 。
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n 一 tgWtg 「 6)&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。
《机械设计》作业一 姓名班级学号成绩机械设计总论及螺纹连接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 S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10章(螺纹连接件设计)
思考题10-1试计算M20、M20⨯1.5螺纹的升角（不应计算），并指出哪种螺纹的自锁性更好。
答：M20⨯1.5的自锁性能更好习题10-1 如图所示为一拉杆螺纹连接。
已知拉杆所受载荷 F = 30kN ，载荷稳定，拉杆材 料为 Q 235，拉杆螺栓性能等级 4.6 级。
试确定计算此拉杆螺栓的公称直径。
答案提示：采用松螺栓连接计算，即：[]σπσ≤=214d F习题10-1图10-2 如图所示的连接由 2个 M20的螺栓组成，螺栓的性能等级为 5.8 级，安装时不控制预紧力，被连接件接合面的摩擦系数 f = 0.1 ，可靠系数 K s = 1.2 。
试计算该连接许可传递的静载荷 F R 。
习题10-2图答案提示：采用螺栓承受横向载荷连接进行计算，即： R s F K zi fF ≥010-3 如图所示起重卷筒与大齿轮用双头螺柱连接，利用双头螺柱夹紧产生的摩擦力矩将转矩由齿轮传至卷筒。
已知起重量W = 50kN ，卷筒直径 D = 400mm ，8 个螺柱均匀分布在直径 D 0 =500mm 的圆周上，螺柱材料为 Q235，性能等级为 4.6级，不控制预紧力，接合面的摩擦系数f =0.12 ，可靠性系数 K = 1.2 。
试计算所需螺柱的直径(提示：由于止口承受横向载荷，且卷筒右端有轴承支承，故计算时可不考虑螺栓组会受横向载荷及翻转力矩的作用)。
习题10-3图答案提示：螺柱组承受转矩：m N D W T ∙=⨯=⨯=10000000200502则螺柱所受预紧力为：28s 0D f T K F ≥ 再利用公式：[]σπσ≤=2104d F 求解所需螺柱的直径 10-4 用12"扳手拧紧M8的螺栓。
已知螺栓材料为35钢，螺纹间摩擦系数f=0.1，螺母与支承面间摩擦系数12.0c =f ，手掌中心至螺栓轴线的距离mm 240=l 。
试问当手臂施力125N 时，该螺栓所产生的拉应力为多少？螺栓会不会损坏？10-5 一钢制液压油缸，油压a 3MP =P ，油缸内径D ＝160mm 。
《机械设计》 螺纹
51有一受预紧力 和轴向工作载荷F=1 000 N作用的紧螺栓连接，已知预紧力 =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F0和残余预紧力F″。在预紧力 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?
52题4-52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D0=150mm，可靠性系数Ks=1.2，轴材料的许用拉伸应力[σ]=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。）
题4-52图题4-53图
54一牵曳钩用2个M10（dl=8.376 mm）的普通螺栓固定于机体上，如题4-54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σs=360MPa，许用安全系数[S]=3。试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力FRmax。
+
A.大于B.等于C.小于D.大于或等于
18一紧螺栓连接的螺栓受到轴向变载荷作用，已知Fmin=0，Fmax=F，螺栓的危险截面积为AC，螺栓的相对刚度为KC，则该螺栓的应力幅为。
A. B.
C. D.
19在受轴向变载荷作用的紧螺栓连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是。
A.增大螺栓刚度Cb，减小被联接件刚度CmB.减小Cb，增大Cm
（2）采用M10铰制孔用螺栓。
要求按1：1的比例画出。例解
.1.一厚度δ=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度δ1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有（a）、（b）两种方案，如图所示。
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1、一方形盖板用四个螺栓与箱体连接，其结构尺寸如图所示。
盖板中心O 点的吊环受拉力F Q =20000N ，设剩余预紧力F ″=0.6F, F 为螺栓所受的轴向工作载荷。
试求： （1）螺栓所受的总拉力F 。
，并计算确定螺栓直径（螺栓材料为45号钢，性能等级为6.8级）。
（2）如因制造误差，吊环由O 点移到O ′点，且 OO ′=52mm,求受力最大螺栓所受的总拉力F 。
，并校核（1）中确定的螺栓的强度。
解题要点：
（1）吊环中心在O 点时：
此螺栓的受力属于既受预紧力F ′作用又受轴向 工作载荷F 作用的情况。
根据题给条件，可求出 螺栓的总拉力： F 0=F ″+F=0.6F+F=1.6F
而轴向工作载荷F 是由轴向载荷F Q 引起的，故有： 题15—7图
N N F F
Q
50004
20000
4
==
=
∴N N F F 800050006.16.10=⨯==
螺栓材料45号钢、性能等级为6.8级时，MPa s 480=σ ，查表11—5a 取S=3，则
σσ=][s /S=480/3MPa=160MPa ,故
[]
mm mm F d 097.9160
8000
3.143.140
1=⨯⨯⨯=
⨯≥
πσπ
查GB196-81，取M 12（d 1=10.106mm ＞9.097mm ）。
（2）吊环中心移至O′点时：
首先将载荷F Q 向O 点简化，得一轴向载荷F Q 和一翻转力矩M 。
M 使盖板有绕螺栓1和3中心连线翻转的趋势。
mm N mm N O O M F
Q
•=•⨯='•=
4.1414212520000
显然螺栓4受力最大，其轴向工作载荷为 N N r M F F F
F
Q
M Q
550010010024.14142142000024
4
22=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛++=+
=
+=
∴ N N F F 880055006.16.10=⨯== ∴ []MPa MPa MPa d F e 1606.1424
/106.108800
3.14
/3.12210
=<=⨯⨯=
=
σππσ
故吊环中心偏移至O ′点后，螺栓强度仍足够。
分析与思考：
（1）紧螺栓连接的工作拉力为脉动变化时，螺栓总拉力是如何变化的？试画出其受力变形图，并加以说明。
答：总拉力F
F F C C C F F +''=++
'=2
11
，受力变形图见主教材图11-16。
（2）提高螺栓连接强度的措施有哪些？这些措施中哪些主要是针对静强度？哪些主要是针对疲劳强度？
答：措施有：1）改善螺纹牙间的载荷分配；2）减少螺栓的应力幅；3）采用合理制造工艺；4）避免附加弯曲应力；5）减少应力集中。
第1）种措施主要对静强度，其余四种主要针对疲劳强度。
2、如图所示为某受轴向工作载荷的紧螺栓联接的载荷变形图：（1）当工作载荷为2000N 时，求螺栓所受总拉力及被联接件间残余预紧力。
（2）若被联接件间不出现缝隙，最大工作载荷是多少？ 解：（1）由图可知预紧力0
4000F N =,螺栓刚度0b 3
=tan 30=
3
C ，连接
件刚度
0m =tan 45=1C ；螺栓所受总拉力b
20b m
=4732.05C F F N
C C =+
+F ,残余预紧力
124732.0520002732.05F F F N =-=-=
(2)如要使被连接件间不出现缝隙，即被连接件的变形量恰好为零，此时，残余预紧力为零，承受的工作荷载最大，且
2
F F =。
根据上图几何关系得
0240001tan 30=F =+（）6309.40N
,即
6309.40F N =.
3. 气缸盖联接结构如图所示，气缸内径D =250mm ，为保证气密性要求采用12个M18的螺栓，螺纹内径15.294mm 、中径16.376mm ，许用拉应力[]σ=120MPa ，取剩余预紧力为工作拉力的 1.5倍，求气缸所能承受的最大压强（取计算直径d c =d 1）。
螺栓总拉力[]F d 0≤σ⨯⨯⨯π12413
/(.) 残余预紧力''=F F 15.，F 为螺栓工作拉力。
F F F F F F 01525=''+=+=..，F F =025/.
[][]F d d ≤σσ⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=⨯⨯=πππ12122
425131312015294136783/(..)/./N
汽缸压力为p
p n F D =⨯⨯⨯⨯⨯⨯=()/()/().41267834250122ππ≤658 MPa
4. 图示一铸铁吊架用两只普通螺栓固定在梁上。
吊架承受的载荷F Q ＝10000N ，螺栓材料为
5.8级，Q235，σS =400 MPa ，安装时不控制预紧力，取安全系数[]S S =4，取剩余预紧力为工作拉力的0.4倍，试确定螺栓所需最小直径。
许用拉应力[][]
σσ=
=
=S
S MPa S 400
4
100 2个螺栓，z ＝2，每个螺栓的工作载荷F F z
==
=Q 5000 N 10000
2
剩余预紧力F 1=0.4F=0.4×5000=2000N
故得螺钉中总拉力F 2=F +F 1=5000+2000=7000N 按强度条件，螺栓小径[]
mm 764.10100
7000
3.143.14)(2
c 1=⨯⨯⨯=
⨯πσπF d d ≥
或
5、本小题10分
刚性凸缘联轴器用6个普通螺栓联接。
螺栓均匀分布在D =100mm 的圆周上，接合面摩擦系数μ=0.15，考虑摩擦传力的可靠性系数（防滑系数）K f =12.。
若联轴器传递的转矩T ＝150N .m ，载荷较平稳，螺栓材料为6.8级，45钢，σS MPa =480，不控制预紧力，安全系数取[]S S =4，试求螺栓的最小直径。
许用拉应力[][]
σσ=
=
=S
S S 480
4
120 MPa 设螺栓所需预紧力为F '，则
zF D
K T 'μ
2
≥f 即'=⨯⨯⨯=F K T z D ≥f N μ212150000
601510024000..
则螺栓小径[]
d d F 14134134000
120
743()...或≥c mm ⨯'
=
⨯⨯⨯=ππσ。