整理版螺纹联接练习题及答案8Word格式.docx
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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F。
解题时,要先求出螺栓组所受的预紧力,R
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
解题要点:
(1)求预紧力F′:
由螺栓强度级别4.6级知σ=240MPa,查教材表11—5S
(a),取S=1.35,则许用拉应力:
[σ]=σ/S=240/1.35S
=8.376mmMPa=178MPa,查(GB196—86)M10螺纹小径d1
2
由教材式(11—13):
1.3F′/(π/4)?
[σ]MPad1
得:
22F′=[σ]π/(4×
1.3)=178×
π×
8.376/5.2Nd1
=7535N
(2)求牵引力F:
由式(11—25)得F=F′fzm/=7535×
0.15×
2×
RKf
1/1.2N=1883.8N(取=1.2)Kf
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T。
(2)若max
传递的最大转矩T不变,改用普通螺栓连接,试计算螺栓max
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K=1.2)。
f
(1)计算螺栓组连接允许传递的最大
转矩T:
max
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T,然后较核配合面挤max
压强度。
也可按螺栓剪切强度和配合面挤压强度分别求出T,取其值小者。
本解按第一种方法计算max
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:
,500MPa、300MPa被连接件材料HT200,,sb
,200MPa。
b
(a)确定许用剪应力
查表11—6,螺栓材料为Q235受剪切时=2.5,则S,
/螺栓材料[τ]==300/2.5MPa=120MPa,Ss,
(b)确定许用挤压应力
查表11—6,螺栓材料为Q235受挤压=1.25Sp1
/S螺栓材料[]==300/1.25MPa=240Mpa被连接件材料为,,p1s
HT200(=200MPa)受挤压时=2,2.5被连接件材料S,p2b
[],/S,200/(2,2.5)MPa=80,100MPa,,p2b
?
[],[]?
取[]=[]=80MPa,,,,p1p2pp2
2)按剪切强度计算Tmax
2由式(11—23)知τ=2T/(ZDmπ/4)?
[τ]d0(查GB27—88得M10的铰制孔用螺栓光杆直径=11mm)d0
22,3Dm,[,]/4,故3×
340×
1×
11×
dTmax0
120/4N?
mm=11632060.96N•mm
3)校核螺栓与孔壁配合面间的挤压强度
/(h),dF从式(11—22)可得sp0
T2max,,,[,]ppDdh60min
式中,h为配合面最小接触高度,根据题11—2图结构min
2T2,116320.96max,,,MPa,41.47MPa,[,],80MPa,满足挤压强度。
pp6Ddh6,340,11,250min
h=h=(60,35)mm=25mm;
min
故该螺栓组连接允许传递的最大转矩
T=11632060.96N?
mmmax
(2)改为普通螺栓连接,计算螺栓小径d:
1
‘(a)计算螺栓所需的预紧力F
'
zfFm,2KT/Dfmax
按接合面见不发生相对滑移的条件,则有(Z=6m=1)?
KT1.2,11632060.96fmax,F,,N,85529.86N3fD3,0.16,340
(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=300/(2,1.3)MPa=150,230.77MPa取,s
[σ]=150MPa
4,1.34,1.3,85529.86F,,d1mm=30.721mm,[,],,150
查GB196—81,取M36螺栓(=31.670mm,30.721mm)d1
(c)确定普通螺栓公称长度(ll=2b+m+s+(0.2,0.3d)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—86M36,螺母高度=31mm查GB93—87,得:
弹簧垫mmax
圈36GB93—87,弹簧垫圈厚度s=9mm
则I=2×
35+31+9+(0.2,0.2)×
36mm=117.2,120.8mm,取l=120mm(按GB5782—86l系列10进位)故螺栓标记:
GB5782—86M36×
120
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20kN,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,
(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。
(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=20/2kN=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=10000N
旋转力矩(绕中心O)T=10000×
300N?
mm=3000000N•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=10000/4N=2500N
在旋转力矩T作用下,各螺栓受的横向载荷大小亦相等。
FST
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
22,r=mm=106.1mm7575
故====T/(4r)FFFFST2ST3ST4ST1
=3000000/(4×
106.1)N=7071N
FF各螺栓上所受横向载荷和的方向如图所示。
由STSP
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F为Smax
22,,2cos,FFFFF===FFSP1ST1SP1ST1S1SmaxS2
222500,7071,2,2500,7071,cos45:
=N=9014N
(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
=240MPa,查表11—6得S=2.5,[τ]=/S=240/2.5MPa,,ss
=96MPa
根据教材式(11—23),得螺栓杆危险剖面直径为
4,9014/(,96)4/(,[,]),d=mm?
F0Smax
=10.934mm
由手册按GB27—88查得,当螺纹公称直径为10mm时,
螺杆光杆部分直径=11mm,符合强度要求,故选M10d0
(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F=20000N,设剩Q
余预紧力F″=0.6F,F为螺栓所受的轴向工作载荷。
(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6.8级)。
(2)如因制造误差,
2吊环由O点移到O′点,且OO′=5mm,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。
(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=F″+F=0.6F+F=1.6F0
而轴向工作载荷F是由轴向载荷F引起的,故有:
Q
题11—4图
20000FQF,,N,5000N44
F,1.6F,1.6,5000N,8000N?
0
螺栓材料45号钢、性能等级为6.8级时,
480MPa,,查表11—5a取S=3,则s
/S=480/3MPa=160MPa,故[,],,s
4,1.3F4,1.3,80000d,,mm,9.097mm1,,,,,,160
查GB196-81,取M12(d=10.106mm,9.097mm)。
1
(2)吊环中心移至O′点时:
首先将载荷F向O点简化,得一轴向载荷F和一翻QQ转力矩M。
M使盖板有绕螺栓1和3中心连线翻转的趋势。
M,,OO,20000,52N,mm,141421.4N,mmFQ
显然螺栓4受力最大,其轴向工作载荷为
,M20000141421.4FFQQ,,F,,F,,,,N,5500NM,,22442r42100,100,,
F,1.6F,1.6,5500N,8800N?
1.3F1.3,88000,,,,,MPa,142.6MPa,,,160MPae?
22d/4,10.106/4,,1
故吊环中心偏移至O′点后,螺栓强度仍足够。
11—5有一气缸盖与缸体凸缘采用普通螺栓连接,如图所示。
已知气缸中的压力p在0~2MPa之间变化,气缸内径D=500mm,螺栓分布圆直径D=650mm。
为保证气密0
性要求,剩余预紧力F″=1.8F,螺栓间距t?
4.5d(d为螺栓的大径)。
螺栓材料的许用拉伸应力[σ]=120MPa,许用应力幅[σ]=20MPa。
选用铜皮石棉垫片螺栓相对刚度C/ɑ1(C+C)=0.8,试设计此螺栓组连接。
12
(1)选螺栓数目Z:
因为螺栓分布圆直径较大,为保证
螺栓间间距不致过大,所以选用较多的螺
栓,初取Z=24。
(2)计算螺栓的轴向工作载荷F:
1)螺栓组连接的最大轴向载荷FQ
22D,500,,5F,p,,2N,3.927,10NQ44
2)螺栓的最大轴向工作载荷F:
5F3.927,10QF,,N,16362.5NZ24题11-5图
(3)计算螺栓的总拉力F0
,F,F,F,1.8F,F,2.8F,2.8,16362.5N,45815N0
(4)计算螺栓直径:
4,1.3F4,1.3,458150d,,mm,25.139mm1,,,,,,120查GB196—81,取M30(d=26.211mm>
25.139mm)1
(5)校核螺栓疲劳强度:
C2F2,16362.51,,,,,,0.8,MPa,12.13MPa,,,20MPaaa22C,Cd,26.211,,121
故螺栓满足疲劳强度要求。
(6)校核螺栓间距:
实际螺栓间距为
D,,650,0t,,mm,85.1mm,4.5d,4.5,30mm,135mm
Z24
故螺栓间距满足联接的气密性要求。
级,装配时控制预紧力,试求螺栓组连接
允许的最大牵引力。
MPa=178MPa,查(GB196—86)M10螺纹小径=8.376mmd1
2由教材式(11—13):
(3)求牵引力F:
(2)若max传递的最大转矩T不变,改用普通螺栓连接,试计算螺栓max
2)确定铰制孔用螺栓许用应力
查表11—6,螺栓材料为Q235受挤压=1.25Sp1螺栓材料[]==300/1.25MPa=240Mpa被连接件材料为/S,,p1s
[],/S,,,200/(2,2.5)MPa=80,100MPap2b
/(h),dFs从式(11—22)可得p0
=11632060.96N?
mmTmax
‘(d)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=6m=1)
KT1.2,11632060.96fmax,F,,N,85529.86N3fD3,0.16,340(e)计算螺栓小径d1
30mm,查表11-5(a)得S=2,1.3
则[σ]=/S=300/(2,1.3)MPa=150,230.77MPa取,s
(f)确定普通螺栓公称长度(ll=2b+m+s+(0.2,0.3d)
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=31mm查GB93—87,得:
36mm=117.2,120.8
mm,取l=120mm(按GB5782—86l系列10进位)
故螺栓标记:
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。
(3)采用铰制孔用螺栓连接较为合宜。
这样就要
增大连接的结构尺寸。
(2)确定螺栓直径
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=20/2kN=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=10000N旋转力矩(绕中心O)T=10000×
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
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。
各螺栓上所受横向载荷FF和的方向如图所示。
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,所受总的横向载荷为FSmax
22,,2cos,FFFF===FFFSP1ST1SP1ST1S1SmaxS2
=N=9014N(c)确定铰制孔用螺栓直径:
4,9014/(,96)4/(,[,]),=mmd?
首先将载荷F向O点简化,得一轴向载荷F和一翻QQ
转力矩M。
M使盖板有绕螺栓1和3中心连线翻转的趋势。
FMrMFFQQQmaxF,,F,,,,M224442rr,r12
,20000141421.4,,,,N,5500N,,2242100,100,,
1.3F1.3,88000,,,,,MPa,142.6MPa,,,160MPae22d/4,10.106/4,,1
故吊环中心偏移至O′点后,螺栓强度仍足
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