机械设计 螺栓联接例题1-4

螺栓连接例题
例题 1.如下图所示，有一用M20C级螺栓的钢板拼接，钢材为Q235-A。

计算此拼接能承受的最大轴心力设计值N。

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例题2.图示一钢板的对接拼接，螺栓直径d=20mm，孔径d0=21.5mm，C级螺栓。

钢板截面为—16*220，拼接板为2—8*220，钢材采用Q235—AF，承受外力设计值N=535KN。

钢板抗拉强度设计值f=215N/mm2，螺栓的强度设计值为f v b=140 N/mm2和f c b=305N/mm2。

试设计此对接拼接。

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例3如图所示，偏心受拉的C级普通螺栓连接，偏心拉力设计值N=300KN，e=60mm，螺栓布置如图。

（1）试确定螺栓的规格
（2）其他条件不变，若e=100mm，则螺栓的规格又如何？
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例题4.有一牛腿如图所示，用粗制4.6级螺栓连接于钢柱上，
牛腿下有一支托板承受剪力，螺栓采用M20，钢材为Q235BF，螺栓间距采用70mm，竖向荷载V距离柱翼缘表面200mm，
设计值为100KN，轴向力N设计值为120KN。

（1）验算螺栓强度
（2）如改用5.6级精制螺栓，不考虑支托承剪，再验算螺栓强度
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例题5如图所示，该连接采用为双盖板拼接的钢板连接，钢材为
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Q235B，高强度螺栓为8.8级的M20，连接处板件接触面采用喷砂处理，作用在螺栓群形心处的轴心拉力设计值N=180KN。

试设计此连接。

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机械设计螺纹计算题答案-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN1、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 FQ 50004200004=== ∴N N F F 800050006.16.10=⨯==螺栓材料45号钢、性能等级为级时，MPa s 480=σ ，查表11—5a 取S=3，则σσ=][s /S=480/3MPa=160MPa ,故[]mm mm F d 097.916080003.143.1401=⨯⨯⨯=⨯≥πσπ 查GB196-81，取M12（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 FFQ M Q 550010010024.14142142000024422=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=+=+= ∴ N N F F 880055006.16.10=⨯==∴ []MPa MPa MPa d F e 1606.1424/106.1088003.14/3.12210=<=⨯⨯==σππσ 故吊环中心偏移至O ′点后，螺栓强度仍足够。

机械设计-连接部分测试题一、填空：1、按照联接类型不同，常用的不可拆卸联接类型分为焊接、铆接、粘接和过盈量大的配合。

2、按照螺纹牙型不同，常见的螺纹分为三角螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹等。

其中三角螺纹主要用于联接，梯形螺纹主要用于传动。

3、根据螺纹联接防松原理的不同，它可分为摩擦防松和机械防松。

螺纹联接的防松，其根本问题在于防止螺纹副转动。

4、对于螺纹联接，当两被联接件中其一较厚不能使用螺栓时，则应用双头螺柱联接或螺钉联接，其中经常拆卸时选用双头螺柱联接。

5、普通螺栓联接中螺栓所受的力为轴向（拉）力，而铰制孔螺栓联接中螺栓所受的力为轴向和剪切力。

6、在振动、冲击或变载荷作用下的螺栓联接，应采用防松装置，以保证联接的可靠。

7、在螺纹中，单线螺纹主要用于联接，其原因是自锁，多线螺纹用于传动，其原因是效率高。

8、在螺纹联接中，被联接上应加工出凸台或沉头座，这主要是为了避免螺纹产生附加弯曲应力。

楔键的工作面是上下面，而半圆键的工作面是（两）侧面。

平键的工作面是（两）侧面。

9、花键联接由内花键和外花键组成。

10、根据采用的标准制度不同，螺纹分为米制和英制，我国除管螺纹外，一般都采用米制螺纹。

圆柱普通螺纹的公称直径是指大径，强度计算多用螺纹的（）径。

圆柱普通螺纹的牙型角为 60 度，管螺纹的牙型角为（）度。

二、判断：1、销联接属可拆卸联接的一种。

（√）2、键联接用在轴和轴上支承零件相联接的场合。

（√）3、半圆键是平键中的一种。

（×）4、焊接是一种不可以拆卸的联接。

（√）5、铆接是一种可以拆卸的联接。

（×）一般联接多用细牙螺纹。

（×）6、圆柱普通螺纹的公称直径就是螺纹的最大直径。

（√）7、管螺纹是用于管件联接的一种螺纹。

（√）8、三角形螺纹主要用于传动。

（×）9、梯形螺纹主要用于联接。

（×）10、金属切削机床上丝杠的螺纹通常都是采用三角螺纹。

（×）11、双头螺柱联接适用于被联接件厚度不大的联接。

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。

一受轴向外载荷F ＝1000 N 的紧螺栓联接，螺栓的刚度为C 1，被联接件的刚度为C 2，且2C ＝81C ；预紧力F 0＝1000 N 。

试求螺栓中的总拉力2F 和被联接件中的残余预紧力F 1。

螺栓总拉力N 11.11110008100002=⨯++=++=bb b b b C C C F Cm C C F F 被联接件中剩余预紧力N 1.111100088100001=⨯+-=+-=mb m m b m C C C F C C C F F用4个M12普通螺钉把板1固定在零件3上，零件1与3之间有摩擦片2，各零件之间摩擦系数μ=0.13，螺钉强度级别为5.6级，σS MPa =300，安全系数S =4.5；防滑系数(可靠性系数)K f =解：向螺栓组形心简化T F =⨯175，F F Q = F Tr r T nr F F T i ===⨯=∑max ()()().2175425175[][]N .7205)203.14/()5.4/300(5.4/300)/()203.14(5.4/300)/()3.14(2013.0/23.1/225.075.125.04//212121max f P T max P =⨯⨯ ⨯ ⨯⨯= '⨯==⨯=='=+=+====d F d F d F F F F K F FF F F F F FF n F F ππσπσμ≤≤≤图示轴承盖用4个螺钉固定于铸铁箱体上，已知作用于轴承盖上的力F Q ＝10.4kN ，螺钉材料为Q235钢，屈服极限MPa 240S =σ，取残余预紧力F 1为工作拉力的0.4倍，不控制预紧力，取安全系数[]4=S ，求螺栓所需最小直径。

许用拉应力[][]σσ===S S MPa S 240460 4个螺钉，z ＝4，每个螺钉的工作载荷F F z ===Q 2600 N 104004剩余预紧力F "＝0.4F =0.4⨯2600=1040 N 故得螺钉中总拉力N 6403104026000=+=''+=F F F按强度条件，螺栓小径[]mm 021.106036403.143.14)(0c 1=⨯ ⨯⨯= ⨯σF d d ≥或解：将载荷向螺栓组形心简化为：mm N 104224100004Q ⋅⨯⨯=⨯='=O O F MN 10000==Q QF F ' N 25004/10000/QP =='=n F F N 3.83)21204/(104242max Mmax =⨯⨯⨯⨯==∑i r Mr FN 3.25833.832500Mmax P =+=+=∑F F F图示螺栓联接中，采用两个M16（小径m m 835.131=d ，中径d 214701=.mm ，）的普通螺栓，螺栓材料为45钢，8.8级，σS MPa =640，联接时不严格控制预紧力（取安全系数[]S S =4，被联接件接合面间的摩擦系数f =0.2。

【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。

习题与参考答案一、单项选择题（从给出的 A 、 B 、C、 D 中选一个答案）1当螺纹公称直径、牙型角、螺纹线数相同时，细牙螺纹的自锁性能比粗牙螺纹的自锁性能。

A. 好B. 差C. 相同D. 不一定2用于连接的螺纹牙型为三角形，这是因为三角形螺纹。

A. 牙根强度高，自锁性能好B. 传动效率高C. 防振性能好D. 自锁性能差3若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺母时的效率取决于螺纹的。

A. 螺距和牙型角B. 升角和头数C. 导程和牙形斜角D. 螺距和升角4对于连接用螺纹，主要要求连接可靠，自锁性能好，故常选用。

A. 升角小，单线三角形螺纹B. 升角大，双线三角形螺纹C. 升角小，单线梯形螺纹D. 升角大，双线矩形螺纹5用于薄壁零件连接的螺纹，应采用。

A. 三角形细牙螺纹B. 梯形螺纹C. 锯齿形螺纹D. 多线的三角形粗牙螺纹6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。

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，也可能受挤压作用7计算紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的倍。

A. 1.1B. 1.3C. 1.25D. 0.38采用普通螺栓连接的凸缘联轴器，在传递转矩时，。

A. 螺栓的横截面受剪切B.螺栓与螺栓孔配合面受挤压C. 螺栓同时受剪切与挤压D. 螺栓受拉伸与扭转作用9在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是。

A. 单线矩形螺旋副B. 单线梯形螺旋副C. 双线矩形螺旋副D. 双线梯形螺旋副10在螺栓连接中，有时在一个螺栓上采用双螺母，其目的是。

A. 提高强度B. 提高刚度C. 防松D. 减小每圈螺纹牙上的受力11在同一螺栓组中，螺栓的材料、直径和长度均应相同，这是为了。

A. 受力均匀B. 便于装配 .C. 外形美观D. 降低成本12螺栓的材料性能等级标成 6.8 级，其数字 6.8 代表。

第6章螺纹联接1、图所示螺栓连接中采用2个M 20的螺栓，其许用拉应力为[σ]=160MPa ，被联接件结合面的摩擦系数μ=0.2，若考虑摩擦传力的可靠系数f k =1.2，试计算该连接允许传递的静载荷Q F 。

2、 题2图所示，凸缘联轴器由HT 200制成，用8个受拉螺栓联接，螺栓中心圆直径D ＝220mm ，联轴器传递的转矩T ＝5000N.m ，摩擦系数μ=0.15，可靠性系数f k =1.2，试确定螺栓直径。

3、题3图所示两根钢梁，由两块钢盖板用8个M 16的受拉螺栓联接，作用在梁上的横向外力F R =1800N ，钢梁与盖板接合面之间的摩擦系数μs ＝0.15，为使联接可靠，取摩擦力大于外载的20%，螺栓的许用应力[σ]＝160MPa ，问此联接方案是否可行？题1图题2图4、题4图所示的气缸盖连接中，已知：气缸中的压力在0到1.5MPa 间变化，气缸内径D =250mm ，螺栓分布圆直径0D =346mm ，凸缘与垫片厚度之和为50mm 。

为保证气密性要求，螺栓间距不得大于120mm 。

试选择螺栓材料，并确定螺栓数目和尺寸。

5、题5图所示有一支架用一组螺栓与机座联接如图示，所受外载为F =10000N ，45=α。

结合面的摩擦系数为0.15，摩擦传力可靠系数2.1=f K ，螺栓的许用应力[]400=σMPa 。

试求螺栓的计算直径。

第7章 键、花键、销、成形联接三、题1图所示为在直径d =80mm 的轴端安装一钢制直齿圆柱齿轮，轮毂长L =1.5d ，工作时有轻微冲击。

试确定平键联接尺寸，并计算其能传递的最大转矩。

题5图第11章 带传动1、已知某单根普通V 带能传递的最大功率P ＝4.7kW,主动轮直径D 1=100mm ，主动轮转速n 1＝1800r/min,小带轮包角α＝ 1350，带与带轮间的当量摩擦系数25.0=v μ。

求带的紧边拉力1F 、松边拉力及有效拉力F （忽略离心拉力）。

螺纹连接【例题一】 已知一个托架的边板用6个螺栓与相邻的机架相连接。

托架受一与边板螺栓组的垂直对称轴线相平行，距离为250mm ，大小为P=60KN 的载荷作用。

现有如图所示的两种螺栓组布置形式，设采用铰制孔用螺栓连接，试问那一种布置形式所用的螺栓直径较小？分析其原因。

[解题要点] 本题是典型的承受工作剪力的紧螺栓连接。

(1)载荷P 应平移到螺栓组的形心，原载荷P 转化为作用于形心的载荷P 和绕形心的转矩mm N L P T ⋅=⨯=⨯=1500025060(2)在载荷P 的作用下，螺栓组连接受到横向工作载荷的作用，并且两螺栓组所受的横向载荷并不相同。

(3)用铰制孔用螺栓连接时，可能的失效形式是螺栓光杆在两被连接件结合面处被剪断或薄板与光杆接触处面被压溃。

因此，应分别按螺栓光杆剪切强度和薄板与光杆接触面的挤压强度来确定螺杆直径。

[解题过程] 在图（a ）螺栓组中，所受载荷P 转化到形心时，分别受到的剪力P和转矩T(T=PL)作用，设剪力F 分在各个螺栓组对称中心的距离都为r ，即r=125mm ，故 KN P F i 1061==KN r PL F j 4010212561025010606333=⨯⨯⨯⨯⨯==--由图可知，最左和最右的螺栓受力最大为F 2= i F + j F =40KN+10KN=50KN(2)在图（b ）的螺栓布置方案中， F F i 61==10KN受力最大的螺栓的转矩分力为kN r PLr F zi ij 4.2410125212542125212521251025010603222223312maxmax =+⎥⎥⎦⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯⨯==--=∑由图可知，螺栓受力最大为kN F F F F F j i j i 6.33524.241024.2410cos 22222=⨯⨯⨯++=++=θ由以上数值可以得出，采用图(b ）的布置形式所用的螺栓直径较小。

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。