《机械设计》作业一 —— 机械设计总论及螺纹连接

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一、填空题

1、若一零件的应力循环特性r=+0.5，?a=70N/mm2，则此时?m为 210N/ mm2，?max为 280 N/mm2 ，?min为 140 N/mm2 。

2、材料对称循环弯曲疲劳极限?-1 =300N/mm2，循环基数N0=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 ?-1N = 387.5 N/mm2。

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

??tg?。

tg(???v)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。

二、选择题

1、机械设计课程研究的对象是 C 的设计。 A、专用零件 B、已标准化零件

C、普通工作条件（常温、中压和中等速度）下工作的通用零部件 D、特殊工作条件下的零部件

2、开发性设计工作的核心是 B 和 C 。 A、理论设计 B、功能设计 C、结构设计 D、工艺设计 E、造型设计

3、产品的经济评价通常只计算 B 。

A、设计费用 B、制造费用 C、实验费用 D、安装调试费用 4、机械零件的计算分为 A 两种

A、设计计算和校核计算 B、近似计算和简化计算 C、强度计算和刚度计算 D、用线图计算和用公式计算

5、机器最主要的技术经济指标是 D 。

A、成本低 B、质量高 C、生产周期短 D、功能价格比高 E、性能价格比高

6、新产品开发设计的第一个阶段是 B 。 A、研究设计阶段 B、调查决策确定任务阶段 C、样机试制阶段 D、方案设计阶段 7、下列四种叙述中， D 是正确的。

A、变应力只能由变载荷产生 B、静载荷不能产生变应力 C、变应力是由静载荷产生

D、变应力是由变载荷产生，也可能是由静载荷产生 8、零件的安全系数为 A 。 A、零件的极限应力比许用应力 B、零件的极限应力比零件的工作应力 C、零件的工作应力比许用应力 D、零件的工作应力比零件的极限应力

9、在进行疲劳强度计算时，其极限应力为材料的 B 。 A、屈服点 B、疲劳极限 C、强度极限 D、弹性极限 10、从经济性和生产周期性考虑，单件生产的箱体最好采用 C 。 A、铸铁件 B、铸钢件 C、焊接件 D、塑料件

11、受预紧力F0和工作拉力F作用的螺栓，其总拉力为 B 。 A、F2=F0+F B、 F2=F+F1 C、 F2=F0+F1 D、F2=F 12、在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。

A、三角形螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 13、同一公称直径的粗牙和细牙三角螺纹，其自锁性能___C___。 A、前者比后者好 B、都一样好 C、后者比前者好 D、都不好 14、受轴向载荷的紧螺栓连接，为保证被连接件不出现缝隙，因此 B 。

A、剩余预紧力F1应小于零； B、剩余预紧力F1应大于零； C、剩余预紧力F1应等于零； D、预紧力F0应大于零。 15、为提高螺栓连接的疲劳强度，应 A 。 A、减小螺栓刚度，增大被连接件刚度 B、同时减小螺栓被连接件的刚度； C、增大螺栓刚度，减小被连接件刚度； D、同时增大螺栓与被连接件的刚度。 16、螺纹连接防松的根本问题在于 C 。

A、增加螺纹连接的轴向力； B、增加螺纹连接的横向力； C、防止螺纹副的相对转动； D、增加螺纹连接的刚度。 17、螺纹连接预紧的目的主要是 A 。

A、增加连接的可靠性和紧密性； B、增加被连接件的刚度； C、减小螺栓的刚性； D、预紧可有可无。

18、承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓连接，当其螺栓的总拉力F2 的最大值和被连接件的刚度Cm不变时，螺栓的刚度Cb愈小，则 B 。 A、螺栓中总拉力的变化幅度愈大； B、螺栓中总拉力的变化幅度愈小；

C、螺栓中总拉力的变化幅度不变； D、螺栓中的疲劳强度降低。

19、承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓连接，当其螺栓的总拉力F2 的最大值和螺栓的刚度Cb不变时，被连接件的刚度Cm愈小，则 A 。 A、螺栓中总拉力的变化幅度愈大； B、螺栓中总拉力的变化幅度愈小； C、螺栓中总拉力的变化幅度不变； D、螺栓中的疲劳强度愈高。

20、承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓连接，该连接中的螺栓 D 。 A、受剪切作用； B、受拉伸作用；

C、受剪切和拉伸作用； D、既可能受剪切又可能受拉伸。 21、对受轴向变载荷的紧螺栓连接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓的疲劳强度的有效措施是 A 。 A、增大被连接件的刚度； B、减小被连接件的刚度； C、增大螺栓刚度。

22、有一气缸盖螺栓连接，若气缸内气体压力在0-2Mpa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为 C 。 A、对称循环变应力； B、脉动循环变应力；

C、非对称循环变应力； D、非稳定循环变应力。

23、当一个承受变载荷的螺栓连接，其螺栓的静强度足够而疲劳强度不足时，应首先考虑采用 D 来提高其疲劳强度。

A、增加螺栓直径； B、提高螺栓材料的屈服强度； C、改用双螺母； D、柔性螺栓。

24、设计螺栓组连接时，虽然每个螺栓的受力不一定相等，但该组螺栓仍均采用相同的材料、直径和长度，这主要是为了 C 。 A、外形美观； B、购买方便； C、便于加工和安装。 25、设计紧螺栓连接时，其直径愈小，则许用安全系数应取的愈大，这是由于直径愈小时， C 。

A、螺纹部分的应力集中愈严重； B、加工螺纹时愈易产生缺陷； C、拧紧时愈易拧断； D、材料的力学性能愈不易保证。 26、确定紧螺栓连接中拉伸和扭转复合载荷作用下的当量应力时，通常是按 D 来进行计算。

A、第一强度理论； B、第二强度理论； C、第三强度理论； D、第四强度理论。

27、就螺栓的破坏性质而言，根据统计分析，大约有90%的螺栓属于 B。

A、静强度破坏； B、疲劳破坏； C、螺纹副松脱； D、剪切破坏。 28、当采用铰制孔用螺栓连接承受横向载荷时，螺栓受到 C 作用。 A、弯曲和挤压； B、拉伸和剪切； C、剪切和挤压； D、扭转和弯曲。 29、滑动螺旋传动，其失效形式多为 B 。

A、螺纹压弯断； B、螺纹磨损；C、螺纹牙剪切； D、螺纹副咬死。 30、螺栓连接旋合螺纹牙间载荷分配不均匀是由于 D 。

A、螺母太厚； B、应力集中；

C、螺母与螺栓变形大小不同； D、螺母与螺栓变形性质不同。 31、受横向载荷的普通螺栓所受的载荷是 B ，受横向载荷的铰制孔螺栓所受的载荷是 A ，受轴向载荷的松螺栓所受的载荷是 A ，受轴向载荷的紧螺栓所受的载荷是 E 。

A、 工作载荷； B、预紧力； C、工作载荷+预紧力； D、剩余预紧力； E、工作载荷+剩余预紧力。

三、计算题

1、在一螺栓联接中，要想在M16的螺栓上产生一F0=500KN的轴向载荷，求作用在扳手上的力为多少？已知扳手长度L=15d，螺母与被联接件间为环状接触面，其外径为D0=27mm，内径d0=17mm，摩擦系数均取0.1。

解：查机械设计手册得，d=16mm时，其中径d2=14.701mm，螺距P=2mm。 1）螺纹升角

??arctg(2）当量摩擦角

P2)?arctg()?2.46?? ?d23.14?14.701?v?arctg(3）螺纹的摩擦阻力矩

T1?F0?f0.1)?arctg()?6.59? cos?cos30?d214.701tg(???v)?5000?tg(2.46??6.59?)?5.88?103N?mm 22334）螺母与被联接件环形接触面间的摩擦阻力

D0?d011273?173T2?fF02??0.1?5000?2?5.60?103N?mm 223327?17D0?d05）作用在扳手上的力

TT1?T2(5.88?5.6)?103F????47.8N

L15d15?162、凸缘联轴器如图所示，用8个普通螺栓联接，螺栓分布中心圆直径D0=195mm，螺栓材料为35钢，强度级别为5.6级，螺栓为M16，接合面摩擦系数f=0.15，防滑系数K=1.2，安全系数取3，求联接能传递的力矩T。

解：根据M16得d1=13.835mm。

1）[?]??sS?300?100MPa 32）

1.3F0?d12423.14?13.835?100?[?]?F0???1155N8

4?1.34?1.3?d12[?]3）F0?KfTf(r1?...?r8)?T?8frF0?Kf8?0.15?195?115582?1126.9N?m 1.23、如图所示，一矩形钢板用四个普通螺栓固定在槽钢构成的横梁上，在钢板的悬臂端受外载荷R=10000N，R力到螺栓组形心的距离L=600mm接合面摩擦系数f=0.3，防滑系数K=1.2，。试计算螺栓的预紧力F0

1）在转矩T作用下，螺栓所受横向力FST：

FST?T?rMAXTRL10000?600????15000N 4r4r4?1004r22）在外载荷R作用下，螺栓所受横向力FSR： R10000 FSR???2500N

Z43）螺栓所受最大总横向载荷FSMAX：

FSMAX?FST?FSR?15000?2500?17500N 4）计算预紧力F0：

F0?Kf?FSMAX1.2?17500??70000N

f?m0.3?14、有一钢制液压油缸，如图所示。缸内油压P= 3N/mm2,缸体内径D=160mm，螺栓分布直径D0= 200mm，缸盖外径D1= 240mm。为保证气密性要求，残余预紧力取为工作载荷的1.6倍，螺栓间弧线距离不大于100mm。已知螺栓的许用应力[σ] = 180MPa。试计算：（1）最少的螺栓数目；（2）单个螺栓承受的总拉力；（3）螺栓小径。

解：1）确定螺栓个数Z Z?100???D?Z?2）确定最大油压

Q???D100?6.28，所以Z取8

?D24?P???16024?3?60288N

3）确定单个螺栓受的总拉力

Q60288??7536N 88F??F''?F?1.6F?F?F??19593.6NF? 4）确定材料许用应力

[?]?180MPa

5）确定螺栓尺寸 d1?4?1.3?F??13.4mm

?[?]5、如图所示的铸铁（HT150）支架，用一组螺栓固定在钢制底座上，支架轴孔中心受一斜力P=10000N，P力与水平面的夹角?=30°，轴孔中心高度h=250mm，底版尺寸l1=200mm，l2=400mm，l3=150mm，螺栓孔中心距l=320mm。试求螺栓所受的最大轴向总载荷，并校核螺栓组联接接合面的工作能力。

解：1）螺栓受力分析

A、将斜力P分解为水平分力Px和垂直分力Pz，并将水平分力Px简化到接合面得翻转力矩M和接合面上横向力Px。 轴向力：Pz=Psin?=10000×sin30°=5000N 横向力：Px=Pcos?=10000×cos30°=8660N 翻转力矩：M=Px·h=8660×250=2165000N·m B、计算每个螺栓需要的预紧力F0

f(zF0?C2Pz)?KfPx

C1?C2取Kf=1.2，f=0.15,相对刚度=0.25（无垫

C21KfPx片）：F0?(?Pz)=18257.5N

zfC1?C2C、计算螺栓的工作拉力：在垂直拉力Pz的作用下F1?在翻转力矩M作用下：F2?FMAX?PZ5000??1250N Z4M（l/2）2M2?2165000??3383N 2zl4?320z(l/2)总工作拉力：F?F1?F2?1250?3383?4633N D、计算螺栓的总拉力：F??F0?C1F?18257.5?0.25?4633?19416N

C1?C2

2）校核螺栓组联接接合面的工作能力 A、检查受载时铸铁底板右边缘处是否压溃

接合面有效面积为：A?l3?(l2?l1)?150?(400?200)?300000mm2l33接合面的有效抗弯模量为：W?3(l2?l1)?3.5?106mm36l2C2PZzF0MC1?C2??(?)?2.928MPa AWA

?pmax铸铁HT150的许用挤压应力为[?p]=60-75Mpa，所以接合面右边缘不会压溃。

B、检查载时铸铁底板左边缘处是否出现间隙

C2PZzF0MC1?C2??(?)?0所以接合面左边缘不会产生间隙 AWA?pmin