机械设计基础孙立鹏习题第十章联接Word文件下载.docx
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15000
二8.3762/4
N/mrn
=354N/mm
可知该应力值已超过一般钢材的屈服极限了
题10-3一牵曳钩用2个M10的普通螺栓固定于机体上，如题10—3图所示。
已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235钢、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R
1.求预紧力F'
：
由螺栓强度级别4.6级知（Ts=240MPa查教材表10-6,取S=1.35，则许用拉应力：
[c]=cs/S=240/1.35MPa=178MPa，查GB19—86M10螺纹小
径d1=8.376mm根据螺栓强度条件：
1.3F'
/（nd1/4）<
[c]MPa得：
F'
=[c]nd1/（4X1.3）=178XnX8.3762/5.2N=7535N
2.求牵引力R：
由连接接合面静力平衡条件得:
r=Fr=F'
fzm/Kf=7535X0.15X2X1/1.2N=1883.8N（取Kf=1.2）
题10—4一刚性凸缘联轴器用6个M10的铰制孔用螺栓（螺栓GB27—88）
连接，结构尺寸如题10—4图所示。
两半联轴器材料为HT20Q螺栓材料为Q235钢、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）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）。
1•外载荷类型：
该铰制孔用螺栓连接所受的外载荷为扭转力矩T;
2.铰制孔用螺栓连接所受载荷特点：
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.计算螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax:
（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
c=500MPa-s=300MPa;
被连接件材料HT200（二b=200MP£
①确定许用剪应力［T］：
题10—4
查教材表10—6,螺栓材料为Q235受剪切时Sw2.5，
则螺栓材料许用剪应力：
[t]=-s/S.=200/2.5MPa=120MPa
②确定许用挤压应力：
查教材表10—6,螺栓材料为Q235受挤压时Sp1=1.25,
螺栓材料[；
"
]=c/S=300/i.25MPa=240MPa
被连接件材料HT200受挤压时Sp2=2〜2.5
被连接件材料【・2]Yb/S=200/（2〜2.5）MPa=（80〜100）MPa
[匚p1]>
[口2]二取[匚p]二[匚p2]=80MPa
（2）按剪切强度计算Tmax:
t=2T/（ZDmnd0/4）<
[t]
（查GB2—88得M10的铰制孔用螺栓光杆直径d0=11mm
=3Dmd°
[]/4=3X340X1XnX11、120/4N•mm=11632060.96N?
|max
mm
校核螺栓与孔壁配合面间的挤压强度
（3）
2丁
max
「•FsQX步』p]
匚pmax=116320.96MPa=41.47MPa:
:
[匚p]=80MPa,满足挤压强度。
6Ddshmin63401125
式中，hmin为配合面最小接触高度，根据题10—4图结构h=hmin=（60—35）mm=25mm
故该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax=11632060.96N•mm
2.改为普通螺栓连接，计算螺栓小径di:
（1）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：
6fF'
2/2二KfTmax
KfTmax1.201632060.96
FN=85529.86N
3fD30.16340
（2）计算螺栓小径d1:
设螺栓直径d>
30mm查教材表10-7得S=2〜1.3
则［（T］=c/s=300/（2〜1.3）MPa=15〜230.77MPa，取［c］=150MPa
mm=30.721mm
查GB19—81,取M36螺栓（d1=31.670mm>
30.721mm
⑶确定普通螺栓公称长度I（l=2b+叶s+（0.2〜0.3）d）
查GB6170-86,得：
螺母GB617—86—M3Q螺母高度m“ax=31mm
查GB9—87,得：
弹簧垫圈36GB93-87,弹簧垫圈厚度b=9mm
则I=2X35+31+9+（0.2〜0.2）x36mm=117.2〜120.8mm,
取1=120mm（按GB578—86I系列10进位）
故螺栓标记：
GB578—86—M36X120
题10-5两种夹紧螺栓联接如题10—6图所示，图（a）用一个螺栓连接，
图（b）用两个螺栓连接。
已知：
载荷Fr=2000N轴的直径d=60mm载荷Fr到轴中心距离L=200mm螺栓中心线至轴的中心距离I=50mm。
轴与毂配合面之间摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，螺栓材料的许用拉伸应力[（T]=100MPa试确定图（a）和图（b）连接螺栓的直径。
题10—5图
夹紧连接是借助于螺栓拧紧后，毂与轴之间产生的摩擦力矩来平衡外载荷
Fr对轴中心产生的转矩，是螺栓组连接受旋转力矩作用的一种变异，连接螺栓仅受预紧力F'
的作用。
因为螺栓组连接后产生的摩擦力矩要由毂与轴之间的正压力N来计算，当然该正压力N的大小与螺栓预紧力F'
的大小有关，但若仍然按照一般情况来计算则会出现错误。
在确定预紧力F'
与正压力N的关系时，对
于图（a）可将毂上K点处视为铰链（题解10-5图（a）），取一部分为分离体；
而对于图（b）可取左半毂为分离体（题解10-5图（b））。
与N之间的关系
式确定后，再根据轴与毂之间不发生相对滑动的条件，确定出正压力N与载荷Fr
之间的关系式，将两式联立求解，便可计算出预紧力F'
之值。
最后按螺栓连接
的强度条件式，确定出所需连接螺栓的直径do
1.确定题解10-5图（a）连接螺栓直径d:
（1）计算螺栓连接所需预紧力F'
将毂上K点视为铰链，毂轴对的正压力为N,由正压力N产生的摩擦力为fN，如题解10-5图（a）所示。
取毂上一部分为分离体，对K点取矩，则有：
dd.
F（I孑）二％•工—
所以2切，（注意：
此时作用于分离体上的力中没有外载荷
Fr）o
而根据轴与毂之间不发生相对滑动的条件，则有:
d
2fNKsFRL
21
题解10—5图
所以
fd
KsFrL
从而有
21d
_f（2l■d）
将已知数值代入上式，可得
F「FL=「22000200n=20000N
f（21d）0.15（25060）
（2）确定连接螺栓的直径d:
该连接螺栓仅受预紧力F'
作用，故其螺纹小径为
di
41.320000
.mm
\兀X100
==18.195mm
查GB19—81,取M24（d1=20.752mm>
18.195mm。
2.确定题解10-5图（b）连接螺栓直径d:
取左半毂为分离体，作用于其上的载荷如题解10-5图（b）所示
=N/2。
显然，F'
而根据轴与毂之间不发生相对滑动的条件，则有：
2fN
KsL
2sFR
N二sFR
KsFrL
2fd
将有关数值代入上式，可得:
KsFRL1.22000200
F-N:
.26666.7N
2fd20.1560
（2）
确定连接螺栓的直径d：
4X1.3F'
S心.3x26666.7
d=」mm=21.011mm
一…100
查GB19—81,取M30（d1=26.211mm>
21.011mjm。
说明：
这里查取的连接螺纹直径d是按第一系列确定的；
若按第二系列，则
连接螺栓的直径d为M27（d1=23.752mm。
题10-6试找出题10—6图中螺纹连接结构中的错误，并就图改正。
已知被连接件材料均为Q235连接件均为标准件。
b）螺钉连接
a）普通螺栓连接
c）双头螺柱连接d）紧定螺钉连
接
题10—6图
1•普通螺栓连接主要错误分析（题解10-6图al））及正确结构设计（题解10-6
图a2））:
（1）螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装；
（2）螺栓伸出部长度太长、且长度不标准，应取标准长l=60mm；
（3）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对；
（4）一般连接不应采用扁螺母；
（5）螺栓连接中螺纹伸出部分过长；
（6）无螺纹余留长度（即与螺母、垫圈等被连接件配合部分螺纹短了），螺母拧紧不可靠；
（7）被连接件表面没加工，应做出沉孔并刮平，以保证螺栓头及螺母支承面平整且垂直于螺栓轴线，避免拧紧螺母时螺栓产生附加弯曲应力；
（8）普通螺栓连接被联接件孔要大于螺栓大径，而下部被连接件孔与螺栓杆间无间隙；
2.螺钉连接主要错误分析（题解10-6图b1））及正确结构设计（题解10-6图b2））:
（1）若上边被连接件是铸件，则缺少沉孔，表面也没有加工
（2）采用螺钉连接时，被连接件之一应有大于螺栓大径的光孔，而另一被连接件上应有与螺钉相旋合的螺纹孔。
而图中上边被连接件没有做成大于螺栓大径的光孔，下边被连接件的螺纹孔又过大，与螺钉尺寸不符，而且螺纹孔画法不对。
题解10-6图b1）
题解10-6图b2）
螺钉连接错误分析
螺钉连接正确结构设计
3•双头螺柱连接主要错误分析（题解10-6图cl））及正确结构设计（题解
10-6图c2））:
题解10-6图c2）
双头螺柱连接正确结构设计
（1）弹簧垫圈厚度尺寸不对
（2）M12不能标注在光杆部分；
（3）若上边被连接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没有加工；
（4）双头螺柱连接上部被连接件孔与螺栓杆间无间隙;
（5）双头螺柱的光杆部分不能拧进被连接件的螺纹孔内；
（6）锥孔角度应为120°
而且应从螺纹孔的小径（粗实线处）画锥孔角的两边。
4.紧定螺钉连接主要错误分析（题解10-6图d1））及正确结构设计（题解
10-6图d2））:
（1）轮毂上没有做出M6的螺纹孔；
（2）轴上未加工螺纹孔，螺钉拧不进去，即使有螺纹孔，螺钉能拧入，也需作局部剖视才能表达清楚。
M6
题解10-6图d1）
紧定螺钉连接错误分析
题解10-6图d2）
紧定螺钉连接正确结构设计
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