机械设计螺纹连接习题课

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。

15—4 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F R 。

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F R 。

题15—4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d 1=8.376mm由教材式(11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得:F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8。

3762/5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R :由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0。

15×2×1/1.2N=1883。

8 N (取K f =1。

2)分析与思考：（1）常用螺纹按牙型分为哪几种?各有何特点?各适用于什么场合?连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。

选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。

例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan ff ==），分析螺纹的效率()υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤,可知三角形螺纹效率较低,但自锁条件较好，因此用于连接。

《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。

10.1图所示起重卷筒与大齿轮间用双头螺柱连接，起重钢索拉力F Q =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，螺栓性能等级4.6级，接合面摩擦因子f =0.12，可靠度系数k f =1.2。

试确定双头螺柱的直径。

题10-1图解：1.计算旋转力矩Tmm N D Q T ⋅=⨯=⋅=71024005000022.计算螺栓所需要的预紧力F '由T K D F zf s ='2得02zfD T K F s ='所以mmN F ⋅=⨯⨯⨯⨯='500050012.08102.1273.确定螺栓直径][3.141σπF d '⨯≥mmd 768.2810050003.141=⨯⨯⨯≥π查GB196—1981，取M30。

10.2图所示气缸盖连接中，已知气缸内压力p 在0～2MPa 之间变化，气缸内径D =500mm ，螺栓分布在直径D 0=650mm 的圆周上，为保证气密性要求，剩余预紧力F ’0=1.8F。

试设计此螺栓组连接。

题10.2图解：设取螺栓数目Z=16或24则单个螺栓所受的轴向工作载荷F 为：单个螺栓所受的总拉力F 2为：所需的螺栓直径d 1：N ..Z D pF N ..Z D pF 17163542445001432425245311645001432422(24)22(16)=⨯⨯⨯===⨯⨯⨯==ππN...F .F F .F F F N ...F .F F .F F F 6745791171635482828156868725245318282811(24)212(16)=⨯==+=+==⨯==+=+=[][][]mm...F .d mm...F .d d F .1385251206745791314314788301205686873143144312(24)12(16)1212=⨯⨯⨯=⨯≥=⨯⨯⨯=⨯≥≤⨯=πσππσπσπσ查表校核螺栓间距t校核应力幅σa ：确定螺栓的数目和尺寸:查表10.3图所示凸缘联轴器，用六个普通螺栓连接，螺栓分布在mm D 100=的圆周上，接合面摩擦系数f =0.16，可靠度系数 1.2f K =，若联轴器传递扭矩为m N .150，试求螺栓螺纹小径。

【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。

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 。

高职《机械设计基础》螺纹联接与螺旋传动习题含答案(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--学号：班级：姓名：螺纹联接与螺旋传动一、单项选择题（从给出的A、B、C、D中选一个答案）1 普通平键联结的主要用途是使轴与轮毂之间。

A 沿轴向固定并传递轴向力B 沿轴向可作相对滑动并具有导向作用C 沿周向固定并传递转矩D 安装与拆卸方便2 键的剖面尺寸通常是根据按标准选择。

A 传递转矩的大小B 传递功率的大小C 轮毂的长度D 轴的直径3 键的长度主要是根据来选择。

A 传递转矩的大小B 轮毂的长度C 轴的直径4 能够构成紧键联结的两种键是。

A 楔键和半圆键B 平键和切向键C 半圆键和切向键D 楔键和切向键5 楔键和，两者的接触面都具有1：100的斜度。

A 轴上键槽的底面B 轮毂上键槽的底面C 键槽的侧面6 楔键联结的主要缺点是。

A 键的斜面加工困难B 键安装时易损坏C 键装入键槽后，在轮毂中产生初应力D 轴和轴上的零件对中性差7切向键联结的斜度是做在上。

A轮毂键槽的底面 B 轴的键槽底面 (3)一对键的接触面 (4)键的侧面8 平键联结如不能满足强度条件要求时，可在轴上安装一对平键，使它们沿圆周相隔。

A 90ºB 120ºC 135ºD 180º9 半圆键联结的主要优点是。

A 对轴的强度削弱较轻B 键槽的应力集中较小C 工艺性好，安装方便10 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11 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12 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13 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。

机械设计复习题第二章螺纹连接一、填空题1.紧固连接件的基本类型包括、、和。

2.按螺栓主要受力状况不同可分为螺栓连接和螺栓连接。

3.对于螺纹的防松，就其工作原理来看，可分为、和三种。

4.对于受拉螺栓，只能承受静载荷的为螺栓。

5.设螺栓的刚度为c1，被连接件的刚度为c2，工作载荷F、预紧力F’和残余预紧力F’’。

写出以上三个载荷作用时的相互关系式。

（1）螺栓总拉力：（2）预紧力：（3）残余预紧力：6.当两个被联接件之一太厚，不易制成通孔且需要经常拆卸时，往往采用。

7.受翻转扭矩的螺栓组，靠近扭矩侧的螺栓受到了向上的拉力，其预紧力将减小。

8.螺栓组连接按受力形式可分为、、和受翻转力矩四种形式。

9.螺旋连接能满足的自锁条件是，防松的根本问题在于。

10紧螺栓连接在按拉伸强度计算时，为了安全，应将拉伸载荷增加到原来的倍。

11.对受轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，当预紧力F′和轴向工作载荷F一定时，为减小螺栓所受的总拉力F0，通常采用的方法是减小的刚度或增大的刚度。

12.从防松工作原理上看，弹簧垫圈属于防松，止动垫圈与圆螺母配合属于防松措施。

13.螺纹拧紧的作用包括、和。

14.当所受轴向载荷通过时，螺栓组中各螺栓承受的相等。

二、简答题1.提高螺栓连接强度的措施包括哪些？2.螺栓连接的主要失效形式是什么？主要发生在什么部位？为什么？3.作出受拉螺栓连接螺栓的伸长量和所受工作载荷之间的关系，并推导出螺栓总拉力计算公式。

4.当螺纹副满足自锁条件时，为什么要进行螺纹防松？四、计算题1.（例2-1）已知一机器底座用10个螺栓与地基连接，如图所示。

螺栓之间的相对距离为100mm，所受的工作载荷为M=500N·m。

试设计此螺栓组连接的螺栓直径。

取相对系数刚度为2.图示螺栓联接中，采用两个M16（小径d1=13.835mm，中径d2=14.701.mm，）的普通螺栓，螺栓材料为45钢，8.8级，σs=640MPa，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。

15—4 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F R 。

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F R 。

题15—4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d 1=8.376mm由教材式（11—13）： 1.3F ′/（πd 21/4）≤[σ] MPa 得：F ′=[σ]πd 21/（4×1.3）=178 ×π×8.3762/5.2 N =7535 N （2） 求牵引力F R ：由式（11—25）得F R =F ′fzm/K f =7535×0.15×2×1/1.2N=1883.8 N （取K f =1.2）分析与思考：（1）常用螺纹按牙型分为哪几种？各有何特点？各适用于什么场合？连接螺纹用什么牙型？传动螺纹主要用哪些牙型？为什么？答：根据牙型，螺纹可以分为三角形、矩形、梯形、锯齿形等。

选用时要根据螺纹连接的工作要求，主要从螺纹连接的效率和自锁条件两个方面考虑，结合各种螺纹的牙形特点。

例如三角形螺纹，由于它的牙形角α较大，当量摩擦角υρ也较大（βρυυcos arctan arctan ff ==），分析螺纹的效率()υρη+ψψ=tan tan 和自锁条件 Ψυρ≤，可知三角形螺纹效率较低，但自锁条件较好，因此用于连接。

十四章螺纹习题与参考答案一、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 。

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。

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B。

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。

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。

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D。

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B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，D。

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C。

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C。

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B。

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A。