2022年螺纹连接习题解答 .pdf

螺纹连接习题解答111 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FR。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FR。解题要点 ：（1）求预紧力F：由螺栓强度级别4.6 级知 S =240MPa ，查教材表115（a） ，取 S=1.35，则许用拉应力： = S/S =240/1.35 MPa=178 MPa ， 查 （GB196 86） M10螺纹小径d1=8.376mm 由教材式 （1113） ： 1.3F /（d21/4 ） MPa 得：F= d21/ （41.3 ）=178 8.3762/5.2 N =7535 N （2）求牵引力 FR：由式（ 1125）得FR=Ffzm/Kf=75350.15 2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - 1/1.2N=1883.8 N （取Kf=1.2 ）112 一刚性凸缘联轴器用6 个 M1 0 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Tmax。 （2）若传递的最大转矩Tmax不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓直径，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Kf=1.2） 。解题要点：（1）计算螺栓组连接允许传递的最大转矩 Tmax：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Tmax，然后较核配合面挤压强度。也可按螺栓剪切强度和配合面挤压强度分别求出Tmax，取其值小者。本解按第一种方法计算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 ：b500MPa 、s300MPa 被 连 接 件 材 料HT200 b200MPa 。（a）确定许用剪应力名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 查表 116，螺栓材料为Q235 受剪切时S=2.5，则螺栓材料=Ss/=300/2.5MPa=120MPa （b）确定许用挤压应力查表 116，螺栓材料为Q235 受挤压Sp1=1.25 螺栓材料 1p=Ss/=300/1.25MPa=240Mpa 被连接件材料为HT200 （b=200MPa）受挤压时Sp2=22.5 被连接件材料Sbp/2200/ （22.5 ）MPa=80 100MPa 1p 2p 取p=2p=80MPa2）按剪切强度计算Tmax由式（1123）知=2T/（ZDm d20/4 ） （查 GB27 88 得 M10 的铰制孔用螺栓光杆直径d0=11mm）故4/320maxdTDm3 340 1 112120/4Nmm=11632060.96 N ?mm 3）校核螺栓与孔壁配合面间的挤压强度从式（ 1122）)/(0hdFsp可得式中， hmin为配合面最小接触高度，根据题112 图结构h=hmin=（6035 ）mm=25mm ；故 该 螺 栓 组 连 接 允 许 传 递 的 最 大 转 矩62min0maxpphDdT满足挤压强度。,8047.412511340696.116320262min0maxMPaMPaMPahDdTpp名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - Tmax=11632060.96Nmm （2）改为普通螺栓连接，计算螺栓小径d1 ：（a）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=6 m=1) NNfDTKFf86.8552934016.0396.116320602.13max（b）计算螺栓小径d1设螺栓直径d30mm ，查表 11-5 （a）得 S=21.3 则 =s/S=300/（21.3 ） MPa=150 230.77MPa 取 =150MPa 15086.855293.143. 141Fdmm=30.721mm 查 GB19681， 取 M36 螺栓 （d1=31.670mm30.721mm）（c）确定普通螺栓公称长度l （l=2b+m+s+ （0.20.3d）根据题 112 结构图可知，半联轴器凸缘（螺栓连接处）厚度 b35mm 查 GB617086，得：螺母GB617086 M36 ，螺母高度mmax=31mm 查 GB93 87，得：弹簧垫圈 36 GB9387，弹簧垫圈厚度s=9mm 则 I=235+31+9+（0.20.2） 36 mm =117.2120.8 DTKmzfFf/2max名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - mm，取 l=120 mm （按 GB578286 l 系列 10 进位）故螺栓标记： GB5782 86 M36120 113 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20 kN ，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？解题要点 ：（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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - （2）确定螺栓直径（a）螺栓组受力分析：由题解113 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=20/2 kN=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=10000 N 旋转力矩（绕中心O）T=10000300 Nmm=3000000 N ?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 = 10000/4 N = 2500 N 在旋转力矩T 作用下 ,各螺栓受的横向载荷FST大小亦相等。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r = 757522mm=106.1 mm 故FST1=FST2=FST3=FST4=T/（4r）=3000000/（4106.1）N= 7071 N 各螺栓上所受横向载荷FSP和FST的方向如图所示。由图中可以看出螺栓1 和螺栓 2 所受的两个力间夹角最名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - 小（ =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FS max为FS m a x=FS1= FS2=cos2112121FFFFSTSPSTSP=45cos7071250027071250022N=9014 N （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114 得s=240MPa ，查表 116 得 S=2.5 ， =s/S=240/2.5 MPa =96 MPa 根据教材式（ 1123） ，得螺栓杆危险剖面直径为d0)/(4maxFS =)96/(90144 mm = 10.934 mm 由手册按 GB27 88 查得，当螺纹公称直径为10 mm 时，螺杆光杆部分直径d0=11 mm ，符合强度要求，故选M10（GB27 88）的铰制孔用螺栓。114 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FQ=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6.8 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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：F0=F+F=0.6F+F=1.6F 而轴向工作载荷F 是由轴向载荷FQ引起的，故有：题 114 图NNFFQ50004200004NNFF800050006 .16 .10螺 栓 材 料45号 钢 、 性 能 等 级 为6.8级 时 ，MPas480， 查 表11 5a取S=3 ， 则s/S=480/3MPa=160MPa , 故mmmmFd097.916080003.143.1401查 GB196-81，取 M12（d1=10.106mm 9.097mm ） 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - （2）吊环中心移至O 点时：首先将载荷FQ向 O 点简化，得一轴向载荷FQ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。mmNmmNOOMFQ4 .1414212520000显然螺栓 4 受力最大，其轴向工作载荷为NNrMFFFFQMQ550010010024.14142142000024422NNFF880055006.16 .10MPaMPaMPadFe1606.1424/106.1088003 .14/3 .12210故吊环中心偏移至O点后，螺栓强度仍足够。115 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 02MPa 之间变化，气缸内径 D=500mm ，螺栓分布圆直径D0=650mm。为保证气密性要求，剩余预紧力F=1.8F，螺栓间距t4.5d（d 为螺栓的大径）。螺栓材料的许用拉伸应力=120MPa，许用应力幅 =20MPa。选用铜皮石棉垫片螺栓相对刚度C1/（C1+C2）=0.8，试设计此螺栓组连接。解题要点 ：（1）选螺栓数目Z ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 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 NNpDFQ2210927.32450042）螺栓的最大轴向工作载荷F：NNZFFQ5.163622410927.35题 11-5 图（3）计算螺栓的总拉力F0 NNFFFFFF458155.163628.28. 28.10（4）计算螺栓直径：mmmmFd139.25120458153.143.1401查 GB19681，取 M30（d1=26.211mm25.139mm ）（5）校核螺栓疲劳强度：MPaMPaMPadFCCCaa2013.12211.265.1636228.02221211故螺栓满足疲劳强度要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - （6）校核螺栓间距：实际螺栓间距为mmmmdmmmmZDt135305.45.41.85246500故螺栓间距满足联接的气密性要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -