機械設計第五章答案西北工業(yè)大學第八版1.doc

機械設計 第五章 課后習題5-1 分析比較普通螺紋、管螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋的特點，各舉一例說明它們的應用5-2 將承受軸向變載荷的聯(lián)接螺栓的光桿部分做得細些有什么好處？5-2 分析活塞式空氣壓縮氣缸蓋聯(lián)接螺栓在工作時的受力變化情況，它的最大應力，最小應力如何得出？當氣缸內的最高壓 力提高時，它的最大應力，最小應力將如何變化？5-4 ?圖5-49所示的底板螺栓組聯(lián)接受外力F作用在包含x軸并垂直于底板接合面的平面內。試分析底板螺栓組的受力情況，并判斷哪個螺栓受力最大？堡證聯(lián)接安全工作的必要條件有哪些？5-5 圖5-50是由兩塊邊板和一塊承重板焊成的龍門起重機導軌托架。兩塊邊板各用4個螺栓與立柱相聯(lián)接，托架所承受的最大載荷為KN，載荷有較大的變動。試問：此螺栓聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接還是鉸制孔用螺栓聯(lián)接為宜？為什么？5-6 已知托架的邊板用6個螺栓與相鄰的機架相聯(lián)接。托架受一與邊板螺栓組的垂直對稱軸線相平行、距離為mm、大小為60KN的載荷作用。現(xiàn)有如圖5-51所示的兩種螺栓不知型式，設采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接，試問哪一種不知型式所用的螺栓直徑較??？為什么？5-7 圖5-52所示為一拉桿螺紋聯(lián)接。已知拉丁所受的載荷F=56KN,載荷穩(wěn)定，拉丁材料為Q235鋼，試設計此聯(lián)接。5-8 兩塊金屬板用兩個M12的普通螺栓聯(lián)接。若接合面的摩擦系數(shù)f=0.3,螺栓預緊力控制在其屈服極限的70%。螺栓用性能等級為4.8的中碳鋼制造，求此聯(lián)接所能傳遞的橫向載荷。5-9受軸向載荷的緊螺栓聯(lián)接，被聯(lián)接鋼板間采用橡膠墊片。已知螺栓預緊力Fo=15000N,當受軸向工作載荷F10 000N時，求螺栓所受的總拉力及被聯(lián)接件之間的殘余預緊力。5-10 圖5-24所示為一汽缸蓋螺栓組聯(lián)接。已知汽缸內的工作壓力P=01MPa，缸蓋與缸體均為鋼制，直徑D1=350mm,D2=250mm.上、下凸緣厚均為25mm.試設計此聯(lián)接。5-11 設計簡單千斤頂（參見圖5-41）的螺桿和螺母的主要尺寸。起重量為40000N，起重高度為200mm,材料自選。參考答案5-1:螺紋類型特點應用普通螺紋牙形為等力三角形，牙型角60o，內外螺紋旋合后留有徑向間隙，外螺紋牙根允許有較大的圓角，以減少應力留集中。同一公稱直徑按螺距大小，分為粗牙和細牙。細牙螺紋升角小，自鎖性較好，搞剪強度高，但因牙細在耐磨，容易滑扣一般聯(lián)接多用粗牙螺紋，細牙螺紋常用于細小零件、薄壁管件或受沖擊、振動和變載荷的連接中，也可作為微調機構的調整螺紋用管螺紋牙型為等腰三角形，牙型角55o，內外螺紋旋合后無徑向間隙，牙頂有較大的圓角管聯(lián)接用細牙普通螺紋薄壁管件非螺紋密封的55o圓柱管螺紋管接關、旋塞、閥門及其他附件用螺紋密封的55o圓錐管螺紋管子、管接關、旋塞、閥門及其他螺紋連接的附件米制錐螺紋氣體或液體管路系統(tǒng)依靠螺紋密封的聯(lián)接螺紋梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙側角3o，內外螺紋以錐面巾緊不易松動，工藝較好，牙根強度高，對中性好最常用的傳動螺紋鋸齒形螺紋牙型不為等腰梯形，工作面的牙側角3o，非工作面的牙側角30o。外螺紋牙根有較大的圓角，以減少應力集中。內外螺紋旋合后，大徑處無間隙，便于對中。兼有矩形螺紋傳動效率高和梯形螺紋牙根旨度高的特點只能用于單向受力的螺紋聯(lián)接或螺旋傳動，如螺旋壓力機5-2答：可以減小螺栓的剛度，從而提高螺栓聯(lián)接的強度。5-3 解：最大應力出現(xiàn)在壓縮到最小體積時，最小應力出現(xiàn)在膨脹到最大體積時。當汽缸內的最高壓力提高時，它的最大應力增大，最小應力不變。5-45-5采用鉸制孔用螺栓聯(lián)接為宜，因為托架所承受的載荷有較大變動，普通螺栓聯(lián)接靠接合面產(chǎn)生的摩擦力矩來抵抗轉矩。由公式和 可求得螺栓的最小直徑，鉸制孔用螺栓時，由公式及擠壓強度和剪切強度公式可以計算出此時的最小直徑，兩個直徑進行比較可得出鉸制孔用螺栓的直徑小。5-65-75-85-95-105-11解： (1) 選作材料。螺栓材料等選用45號鋼。螺母材料選用ZCuA19Mn2,查表確定需用壓強P=15MPa.(2)確定螺紋牙型。梯形螺紋的工藝性好，牙根強度高，對中性好，本題采用梯形螺紋。（3）按耐磨性計算初選螺紋的中徑。因選用梯形螺紋且螺母兼作支承，故取，根據(jù)教材式（5-45）得1. 按螺桿抗壓強度初選螺紋的內徑。根據(jù)第四強度理論，其強度條件為但對中小尺寸的螺桿，可認為，所以上式可簡化為式中，A為螺桿螺紋段的危險截面面積，;S為螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋，S=3.5-5.0;對于傳導螺旋，S=2.5-4.0;對于精密螺桿或水平螺桿，S4.本題取值為5.故（5）綜合考慮，確定螺桿直徑。比較耐磨性計算和抗壓強度計算的結果，可知本題螺桿直徑的選定應以抗壓強度計算的結果為準，按國家標準GB/T5796-1986選定螺桿尺寸參數(shù)：螺紋外徑d=44mm,螺紋內徑d1=36mm,螺紋中徑d2=40.5mm,螺紋線數(shù)n=1,螺距P=7mm.(6)校核螺旋的自鎖能力。對傳力螺旋傳動來說，一般應確保自鎖性要求，以避免事故。本題螺桿的材料為鋼，螺母的材料為青銅，鋼對青銅的摩擦系數(shù)f=0.09(查機械設計手冊)。因梯形螺紋牙型角,所以因,可以滿足自鎖要求。注意：若自鎖性不足，可增大螺桿直徑或減沾上螺距進行調整。（7）計算螺母高度H.因選所以H=,取為102mm.螺紋圈數(shù)計算：z=H/P=14.5螺紋圈數(shù)最好不要超過10圈，因此宜作調整。一般手段是在不影響自鎖性要求的前提下，可適當增大螺距P,而本題螺桿直徑的選定以抗壓強度計算的結果為準，耐磨性已相當富裕，所以可適當減低螺母高度。現(xiàn)取螺母高度H=70mm,則螺紋圈數(shù)z=10,滿足要求。（8）螺紋牙的強度計算。由于螺桿材料強度一般遠大于螺母材料強度，因此只需校核螺母螺紋的牙根強度。根據(jù)教材表5-13，對于青銅螺母,這里取30MPa,由教材式（5-50）得螺紋牙危險截面的剪切應力為滿足要求螺母螺紋根部一般不會彎曲折斷，通常可以不進行彎曲強度校核。（9）螺桿的穩(wěn)定性計算。當軸向壓力大于某一臨界值時，螺桿會發(fā)生側向彎曲