机械设计(第二版)螺纹连接习题解答

武汉理工大学机械设计

螺纹连接习题解答

11—1 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、强度级别为4.6级，装

配时控制预紧力，试求螺栓组连接允许的最大牵引力。

解题分析：本题是螺栓组受横向载荷作用的典型

例子．它是靠普通螺栓拧紧后在接合面间产生的摩擦

力来传递横向外载荷FR。解题时，要先求出螺栓组所

受的预紧力，然后，以连接的接合面不滑移作为计算

准则，根据接合面的静力平衡条件反推出外载荷FR。 题11—1图

解题要点：

（1）求预紧力F′：

由螺栓强度级别4.6级知σS =240MPa，查教材表11—5（a），取S=1.35，则许用拉应力： [σ]= σS /S =240/1.35 MPa=178 MPa ， 查（GB196—86）M10螺纹小径d1=8.376mm

2由教材式（11—13）： 1.3F′/（πd1/4）≤[σ] MPa 得：

2F′=[σ]πd1/（4×1.3）=178 ×π×8.376/5.2 N =7535 N 2

（2） 求牵引力FR：

由式（11—25）得FR=F′fzm/Kf=7535×0.15×2×1/1.2N=1883.8 N （取Kf=1.2） 11—2 一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓（螺栓 GB27—88）连接，结构尺寸如图所示。两半联轴器材料为HT200，螺栓材料为Q235、性能等级5.6级。试求：

（1）该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax。（2）若传递的最大转矩Tmax不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓直径，并确定其公称长度，写出螺栓标记。（设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16，可靠性系数Kf=1.2）。

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连接所能传递转矩大小

受螺栓剪切强度和配合面挤压强度的制约。因此，

可先按螺栓剪切强度来计算Tmax ，然后较核配合面

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

1） 确定铰制孔用螺栓许用应力

由螺栓材料Q235、性能等级5.6级知： 题11—2图

b 500MPa、 s 300MPa ；被连接件材料HT200 b 200MPa 。

（a）确定许用剪应力

查表11—6，螺栓材料为Q235受剪切时S =2.5，则

螺栓材料 [τ]= s/S =300/2.5MPa=120MPa

（b）确定许用挤压应力

查表11—6，螺栓材料为Q235受挤压Sp1=1.25

螺栓材料[ p1]=

s/S=300/1.25MPa=240Mpa

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被连接件材料为HT200（ b=200MPa）受挤压时Sp2=2～2.5

被连接件材料 [ p2] b/S 200/（2～2.5）MPa=80～100MPa

∵ [ p1]＞[ p2] ∴ 取[ p]=[ p2]=80MPa

2）按剪切强度计算Tmax

2由式（11—23）知 τ=2T/（ZDmπd0/4）≤[τ ]

（查GB27—88得M10的铰制孔用螺栓光杆直径d0=11mm）

2故 Tmax 3Dm d0[ ]/4 3×340×1×π×112×120/4N·mm=11632060.96 N mm

3）校核螺栓与孔壁配合面间的挤压强度

从式（11—22） p Fs/(d0h)可得

p 2Tmax [ p]6Dd0hmin

式中，hmin为配合面最小接触高度，根据题11—2图结构h=hmin=（60－35 ）mm=25mm； p 2Tmax2 116320.96 MPa 41.47MPa [ p] 80MPa,满足挤压强度。6Dd0hmin6 340 11 25

故该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax=11632060.96N·mm

（2）改为普通螺栓连接，计算螺栓小径d1 ：

‘（a） 计算螺栓所需的预紧力F

按接合面见不发生相对滑移的条件，则有 (Z=6 m=1)

zfF'm 2KfTmax/D

∴ F KfTmax

3fD 1.2 11632060.96N 85529.86N 3 0.16 340

（b） 计算螺栓小径d1

设螺栓直径d≥30mm，查表11-5（a）得S=2～1.3

则 [σ]= s/S=300/（2～1.3）MPa=150～230.77MPa 取[σ]=150MPa

d1 4 1.3F4 1.3 85529.86mm=30.721mm [ ] 150

查GB196—81，取M36螺栓（d1=31.670mm﹥30.721mm）

（c） 确定普通螺栓公称长度l（l=2b+m+s+（0.2～0.3）d）

根据题11－2结构图可知，半联轴器凸缘（螺栓连接处）厚度b＝35mm

查GB6170—86，得：螺母GB6170—86 M36，螺母高度mmax=31mm

查GB93—87，得：弹簧垫圈36 GB93—87，弹簧垫圈厚度s=9mm

则 I=2×35+31+9+（0.2～0.2）×36 mm =117.2～120.8 mm，

取l=120 mm（按GB5782—86 l系列10进位）

故螺栓标记：GB5782—86 M36×120

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11—3 一钢结构托架由两块边板和一块承重板焊成的，两块边板各用四个螺栓与立柱相连接，其结构尺寸如图所示。托架所受的最大载荷为20 kN，载荷有较大的 变动。试问：（1）此螺栓连接采用普通螺栓

连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？（2）如采

用铰制孔用螺栓连接，螺栓的直径应为多大？

解题要点：

（1） 采用铰制孔用螺栓连接较为合宜。

因为如用普通螺栓连接，为了防止边板下滑，

就需在拧紧螺母时施加相当大的预紧力，以

保证接合面间有足够大的摩擦力。这样就要

增大连接的结构尺寸。

题11—3图

题解11—3图

（2） 确定螺栓直径

（a）螺栓组受力分析：

由题解11—3图可见，载荷作用在总体结构的对称平面内，因此每一边（块）钢板所受载荷： P=20/2 kN=10000 ，将载荷P向螺栓组连接的接合面形心简化，则得 横向载荷（向下滑移）： P=10000 N

旋转力矩（绕中心O）： T=10000×300 N·mm=3000000 N mm

（b）计算受力最大螺栓的横向载荷Fs：

在横向载荷P作用下各螺栓受的横向载荷Fsp大小相等，方向同P，即

Fsp1 = Fsp2 = Fsp3 = Fsp4 = P/4 = 10000/4 N = 2500 N

在旋转力矩T作用下,各螺栓受的横向载荷FST大小亦相等。这是因为各螺栓中心 至形心O点距离相等，方向各垂直于螺栓中心与形心O点的连心线。

由图可见，螺栓中心至形心O点距离为 r = 752 752mm=106.1 mm

故 FST1=FST2=FST3 =FST4 =T/（4r）=3000000/（4×106.1）N= 7071 N 各螺栓上所受横向载荷FSP和FST的方向如图所示。由图中可以看出螺栓1和螺 栓2所受的两个力间夹角α最小（α=45°），故螺栓1和螺栓2所受合力最大，根据力的合成原理，所受总的横向载荷FSmax为

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22 FSma=x FS1=FS2 =FSP1 FST1 2FSP1FST1cos

= 225002 7071 2 2500 7071 cos45 N=9014 N

（c）确定铰制孔用螺栓直径：

选螺栓材料的强度级别4.6级，查教材表11—4得 s=240MPa，查表11—6得

S=2.5 ， [τ]= s/S=240/2.5 MPa =96 MPa

根据教材式（11—23），得螺栓杆危险剖面直径为

d0 ≥4FSmax/( [ ]) =4 9014/( 96) mm= 10.934 mm

由手册按GB27—88查得，当螺纹公称直径为10 mm时，螺杆光杆部分直径d0=11 mm，符合强度要求，故选M10（GB27—88）的铰制孔用螺栓。

11—4 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FQ=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 …… 此处隐藏：3261字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……