機械設計第四版第五章答案

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❸ 機械設計第八版第五章課後習題答案

機械設計第五章課後習題
5-1 分析比較普通螺紋、管螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋的特點，各舉一例說明它們的應用

_5-2 將承受軸向變載荷的聯接螺栓的光桿部分做得細些有什麼好處？

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5-3 分析活塞式空氣壓縮氣缸蓋聯接螺栓在工作時的受力變化情況，它的最大應力，最小應力如何得出？當氣缸內的最高壓 力提高時，它的最大應力，最小應力將如何變化？

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5-4 ?圖5-49所示的底板螺栓組聯接受外力F∑作用在包含x軸並垂直於底板接合面的平面內。試分析底板螺栓組的受力情況，並判斷哪個螺栓受力最大？堡證聯接安全工作的必要條件有哪些？

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5-5 圖5-50是由兩塊邊板和一塊承重板焊成的龍門起重機導軌托架。兩塊邊板各用4個螺栓與立柱相聯接，托架所承受的最大載荷為KN，載荷有較大的變動。試問：此螺栓聯接採用普通螺栓聯接還是鉸制孔用螺栓聯接為宜？為什麼？

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5-6 已知托架的邊板用6個螺栓與相鄰的機架相聯接。托架受一與邊板螺栓組的垂直對稱軸線相平行、距離為mm、大小為60KN的載荷作用。現有如圖5-51所示的兩種螺栓不知型式，設採用鉸制孔用螺栓聯接，試問哪一種不知型式所用的螺栓直徑較小？為什麼？

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5-7 圖5-52所示為一拉桿螺紋聯接。已知拉丁所受的載荷F=56KN,載荷穩定，拉丁材料為Q235鋼，試設計此聯接。

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5-8 兩塊金屬板用兩個M12的普通螺栓聯接。若接合面的摩擦系數f=0.3,螺栓預緊力控制在其屈服極限的70%。螺栓用性能等級為4.8的中碳鋼製造，求此聯接所能傳遞的橫向載荷。

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5-9
受軸向載荷的緊螺栓聯接，被聯接鋼板間採用橡膠墊片。已知螺栓預緊力Fo=15000N,當受軸向工作載荷F＝10 000N時，求螺栓所受的總拉力及被聯接件之間的殘余預緊力。

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5-10 圖5-24所示為一汽缸蓋螺栓組聯接。已知汽缸內的工作壓力P=0~1MPa，缸蓋與缸體均為鋼制，直徑D1=350mm,D2=250mm.上、下凸緣厚均為25mm.試設計此聯接。

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5-11 設計簡單千斤頂（參見圖5-41）的螺桿和螺母的主要尺寸。起重量為40000N，起重高度為200mm,材料自選。

參考答案
5-1:
螺紋類型 特點 應用
普通螺紋 牙形為等力三角形，牙型角60o，內外螺紋旋合後留有徑向間隙，外螺紋牙根允許有較大的圓角，以減少應力留集中。同一公稱直徑按螺距大小，分為粗牙和細牙。細牙螺紋升角小，自鎖性較好，搞剪強度高，但因牙細在耐磨，容易滑扣 一般聯接多用粗牙螺紋，細牙螺紋常用於細小零件、薄壁管件或受沖擊、振動和變載荷的連接中，也可作為微調機構的調整螺紋用
管螺紋 牙型為等腰三角形，牙型角55o，內外螺紋旋合後無徑向間隙，牙頂有較大的圓角 管聯接用細牙普通螺紋 薄壁管件
非螺紋密封的55o圓柱管螺紋 管接關、旋塞、閥門及其他附件
用螺紋密封的55o圓錐管螺紋 管子、管接關、旋塞、閥門及其他螺紋連接的附件
米制錐螺紋 氣體或液體管路系統依靠螺紋密封的聯接螺紋
梯形螺紋 牙型為等腰梯形，牙側角3o，內外螺紋以錐面巾緊不易松動，工藝較好，牙根強度高，對中性好 最常用的傳動螺紋
鋸齒形螺紋 牙型不為等腰梯形，工作面的牙側角3o，非工作面的牙側角30o。外螺紋牙根有較大的圓角，以減少應力集中。內外螺紋旋合後，大徑處無間隙，便於對中。兼有矩形螺紋傳動效率高和梯形螺紋牙根旨度高的特點 只能用於單向受力的螺紋聯接或螺旋傳動，如螺旋壓力機

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5-2
答：可以減小螺栓的剛度，從而提高螺栓聯接的強度。

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5-3 解：
解：

最大應力出現在壓縮到最小體積時，最小應力出現在膨脹到最大體積時。當汽缸內的最高壓力提高時，它的最大應力增大，最小應力不變。

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5-4

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5-5
採用鉸制孔用螺栓聯接為宜，因為托架所承受的載荷有較大變動，普通螺栓聯接靠接合面產生的摩擦力矩來抵抗轉矩。
由公式
和
可求得螺栓的最小直徑，鉸制孔用螺栓時，由公式 及擠壓強度和剪切強度公式可以計算出此時的最小直徑，兩個直徑進行比較可得出鉸制孔用螺栓的直徑小。

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5-6

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5-7

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5-8

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5-9

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5-10

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5-11
解： (1) 選作材料。螺栓材料等選用45號鋼 。螺母材料選用ZCuA19Mn2,查表確定需用壓強[P]=15MPa.
(2)確定螺紋牙型。梯形螺紋的工藝性好，牙根強度高，對中性好，本題採用梯形螺紋。
（3）按耐磨性計算初選螺紋的中徑。因選用梯形螺紋且螺母兼作支承，故取 ，根據教材式（5-45）得

按螺桿抗壓強度初選螺紋的內徑。根據第四強度理論，其強度條件為

但對中小尺寸的螺桿，可認為 ，所以上式可簡化為

式中，A為螺桿螺紋段的危險截面面積， ;S為螺桿穩定性安全系數，對於傳力螺旋，S=3.5-5.0;對於傳導螺旋，S=2.5-4.0;對於精密螺桿或水平螺桿，S>4.本題取值為5.故

（5）綜合考慮，確定螺桿直徑。比較耐磨性計算和抗壓強度計算的結果，可知本題螺桿直徑的選定應以抗壓強度計算的結果為准，按國家標准GB/T5796-1986選定螺桿尺寸參數：螺紋外徑d=44mm,螺紋內徑d1=36mm,螺紋中徑d2=40.5mm,螺紋線數n=1,螺距P=7mm.
(6)校核螺旋的自鎖能力。對傳力螺旋傳動來說，一般應確保自鎖性要求，以避免事故。本題螺桿的材料為鋼，螺母的材料為青銅，鋼對青銅的摩擦系數f=0.09(查《機械設計手冊》)。因梯形螺紋牙型角 ,所以

因 ,可以滿足自鎖要求。
注意：若自鎖性不足，可增大螺桿直徑或減沾上螺距進行調整。
（7）計算螺母高度H.因選 所以H= ,取為102mm.螺紋圈數計算：z=H/P=14.5
螺紋圈數最好不要超過10圈，因此宜作調整。
一般手段是在不影響自鎖性要求的前提下，可適當增大螺距P,而本題螺桿直徑的選定以抗壓強度計算的結果為准，耐磨性已相當富裕，所以可適當減低螺母高度。現取螺母高度H=70mm,則螺紋圈數z=10,滿足要求。

（8）螺紋牙的強度計算。由於螺桿材料強度一般遠大於螺母材料強度，因此只需校核螺母螺紋的牙根強度。根據教材表5-13，對於青銅螺母 ,這里取30MPa,由教材式（5-50）得螺紋牙危險截面的剪切應力為

滿足要求

螺母螺紋根部一般不會彎曲折斷，通常可以不進行彎曲強度校核。
（9）螺桿的穩定性計算。當軸向壓力大於某一臨界值時，螺桿會發生側向彎曲，喪失穩定性。好圖所示，取B=70mm.則螺桿的工作長度
l=L+B+H/2=305mm
螺桿危險面的慣性半徑i=d1/4=9mm
螺桿的長度：按一端自由，一段固定考慮，取
螺桿的柔度： ,因此本題螺桿 ,為中柔度壓桿。棋失穩時的臨界載荷按歐拉公式計算得

所以滿足穩定性要求。

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