螺纹连接和螺旋运动习题.docx

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螺纹连接和螺旋运动习题

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。

6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

7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

8在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则有时在螺栓孔处制作沉头座孔或凸台，其目的是

A。

A.避免螺栓受附加弯曲应力作用B.便于安装

C.为安置防松装置D.为避免螺栓受拉力过大

二、填空题

1三角形螺纹的牙型角a=60°,适用于连接，而梯形螺纹的牙型角a=

30°，适用于传动。

2螺旋副的自锁条件是螺旋升角y小于当量摩擦角。

3常用螺纹的类型主要有三角螺纹、管螺纹、矩形螺纹、梯形螺

纹和锯齿形螺纹。

4传动用螺纹（如梯形螺纹）的牙型斜角比连接用螺纹（如三角形螺纹）的牙型斜角小，这主

要是为了提高传动效率。

5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升角和

头数。

6螺纹连接的拧紧力矩等于螺纹副间摩擦力矩和—螺母（或螺栓头）端面与被连接

件支承面间的摩擦力矩之和之和。

7螺纹连接防松的实质是防止螺杆与螺母（或被连接件螺纹孔）间发生相对转动（或防止螺

纹副间相对转动）。

8普通紧螺栓连接受横向载荷作用，则螺栓中受拉伸应力和扭剪应力作用。

9被连接件受横向载荷作用时，若采用普通螺栓连接，则螺栓受拉伸载荷作用，可能

发生的失效形式为螺栓发生塑性变形和断裂。

10螺纹连接防松，按其防松原理可分为摩擦防松、机械防松和永久

防松。

三、问答题

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？

2拧紧螺母与松退螺母时的螺纹副效率如何计算？

哪些螺纹参数影响螺纹副的效率？

3螺纹连接有哪些基本类型？

各有何特点？

各适用于什么场合？

4为什么螺纹连接常需要防松？

按防松原理，螺纹连接的防松方法可分为哪几类？

试举例说明。

5有一刚性凸缘联轴器，用材料为Q235的普通螺栓连接以传递转矩T。

现欲提高其传递的转

矩，但限于结构不能增加螺栓的直径和数目，试提出三种能提高该联轴器传递转矩的方法。

四、分析计算题

1有一受预紧力F•和轴向工作载荷F=1000N作用的紧螺栓连接，已知预紧力F■=1000N，螺栓的刚度Cb与被连接件的刚度Cm相等。

试计算该螺栓所受的总拉力Fo和残余预紧力F〃。

在预紧

力F•不变的条件下，若保证被连接件间不出现缝隙，该螺栓的最大轴向工作载荷Fmax为多少？

2题4-2图所示为一圆盘锯，锯片直径D=500mm，用螺母将其夹紧在压板中间。

已知锯片外圆上的工作阻力Ft=400N，压板和锯片间的摩擦系数f=0.15，压板的平均直径Do=l50mm，可靠性系数心=1.2，轴材料的许用拉伸应力[d]=60MPa。

试计算轴端所需的螺纹直径。

（提示：

此题中有两个接合面，压板的压紧力就是螺纹连接的预紧力。

）

3题4-3图所示为一支架与机座用4个普通螺栓连接，所受外载荷分别为横向载荷Fr=

5000N,轴向载荷Fq=16000N。

已知螺栓的相对刚度Cb/（Cb+Cm）=0.25,接合面间摩擦系数，f=0.15,可靠性系数心=1.2，螺栓材料的机械性能级别为8.8级，最小屈服极限dmin=640MPa，许用安全系

数[S]=2，试计算该螺栓小径d!

的计算值。

4一牵曳钩用2个M10（di=8.376mm）的普通螺栓固定于机体上，如题4-4图所示。

已知接合面间摩擦系数f=0.15,

可靠性系数Ks=1.2,螺栓材料强度级别为6.6级，屈服极限

ds=360MPa，许用安全系数[S]=3。

试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力FRmax。

5题4-5图所示为一凸缘联轴器，用6个M10的铰制孔用螺栓连接，结构尺寸如图所示。

两

半联轴器材料为HT200，其许用挤压应力[d]pi=100MPa，螺栓材料的许用切应力[t]=92MPa，许用挤压应力[d]p2=300MPa，许用拉伸应力[d]=120MPa。

试计算该螺栓组连接允许传递的最大转矩Tmax。

若传递的最大转矩Tmax不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓小径d|的计算值（设两半联轴

器间的摩擦系数f=0.16，可靠性系数Ks=1.2）。

6有一提升装置如题4-6图所示。

（1）卷筒用6个M8（di=6.647mm）的普通螺栓固连在蜗轮上，已知卷筒直径D=150mm,螺

栓均布于直径Do=l80mm的圆周上，接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数Ks=1.2，螺栓材料的许

用拉伸应力[d]=120MPa，试求该螺栓组连接允许的最大提升载荷Wmax。

（2）若已知Wmax=6000N，其他条件同

（1）,试确定螺栓直径。

五、结构题

1试画出普通螺栓连接结构图。

已知条件：

（1）两被连接件是铸件，厚度各约为15mm和20mm；

（2）采用M12普通螺栓；

（3）采用弹簧垫圈防松。

要求按1:

1的比例画出。

2试画出铰制孔用螺栓连接结构图。

已知条件：

（1）两被连接件是厚度约为20mm的钢板；

（2）采用M10铰制孔用螺栓。

要求按1:

1的比例画出。

例解

.1.一厚度S=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度S1=30mm的铸铁支架上，螺栓的布置有（a）、（b）两种方案，如图所示。

已知：

螺栓材料为Q235,[d]=95MPa、[t]=96MPa,钢板[d]p=320MPa，铸铁[d]P1=180MPa,接合面间摩擦系数f=0.15，可靠性系数Kf=1.2,载荷&=12000N,尺寸l=400mm,a=100mm。

（1）试比较哪种螺栓布置方案合理？

（2）按照螺栓布置合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时的累栓直径。

解题分析：

本题是螺栓组连接受横向载荷和旋转力矩共同作用的典型例子。

解题时，首先要将作用于钢板上的外载荷巳向螺栓组连接的接合面形心简化，得出该螺栓组连接受横向载荷H和旋转力矩T两种简单载荷作用的结论。

然后将这两种简单载荷分配给各个螺栓，找出受力最大的螺栓，并把该螺栓承受的横向载荷用矢量叠架原理求出合成载荷。

在外载荷与螺栓数目一定的条件下，对不同的螺栓布置方案，受力最大的螺栓所承受的载荷是不同的，显然使受力最大的螺栓承受较小的载荷是比较合理的螺栓布置方案。

若螺栓组采用铰制孔用螺栓连接，则靠螺栓光杆部分受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷，其设计准则是保证螺栓的剪切强度和连接的挤压强度，可按相应的强度条件式，计算受力最大螺栓危险剖面的直径。

若螺栓组采用普通螺栓连接，则靠拧紧螺母使被连接件接合面间产生足够的摩擦力来传递横向载荷。

在此情况下，应先按受力最大螺栓承受的横向载荷，求出螺栓所需的紧力；然后用只受预紧力作用的紧螺栓连接，受拉强度条件式计算螺栓危险剖面的直径di;最后根据di查标准选取螺栓直径d，并根据被连接件厚度、螺母及垫圈厚度确定螺栓的标准长度。

解题要点：

1•螺栓组连接受力分析

（1）将载荷简化

将载荷Fe向螺栓组连接的接合面形心0点简化，得一横向载荷F,=12000N和一旋

转力矩T=F,l=12000X400=4.8X10N•mm（图解一）。

a）

图解一托架螺栓组连接

（2）确定各个螺栓所受的横向载荷

在横向力FH乍用下，各个螺栓所受的横向载荷Fsi大小相同，与F,同向

Fsi=F,/4=12000/4=3000N

而在旋转力矩T作用下，由于各个螺栓中心至形心O点距离相等，所以各个螺栓

所受的横向载荷FS2大小也相同，但方向各垂直螺栓中心与形心O的连线（图解二）。

对于方案（a），各螺栓中心至形心O点的距离为

图解二托架螺栓组连接

ra=a2a2=..10021002=141.1mm

6

T4.8：

：

10所以FS2a8487N

4ra4x14.4

由图解二（a）可知，螺栓1和2所受两力的夹角a最小，故螺栓1和2所受横向载荷最大，即

二..3000284872230008487cos45二10820N

对于方案（b）,各螺栓中心至形心O点的距离为

rb=a=100mm

6

T4.810

所以Fs2b12000N

4rb4^100

由图解二b可知，螺栓1所受横向载荷最大，即

Fsmaxb=Fs1Fs2b=300012000=15000N

（3）两种方案比较

在螺栓布置方案（a）中，受力最大的螺栓1和2所受的总横向载荷Fsmaxa=10820N；

而在螺栓布置方案（b）中，受力最大的螺栓1所受的总横向载荷Fsmaxb=15000N。

可以看出,

Fsmaxa

2.按螺栓布置方案（a）确定螺栓直径

（1）采用铰制孔用螺栓连接

1）因为铰制孔用螺栓连接是靠螺栓光杆受剪切和配合面间受挤压来传递横向载荷,因此按剪切强度设计螺栓光杆部分的直径ds：

查GB27-88，取M12X60（ds=14mm>11.98mm）。

2）校核配合面挤压强度：

按图解三所示的配合面尺寸，有：

螺栓光杆与钢板孔间

二Fs10820=104MPa:

:

:

［二］P=320MPadsh138

螺栓光杆与铸铁支架孔间

Fs10820

二pi—

P1小心1330

=27.7MPa:

:

:

［匚］P1=180MPa

故配合面挤压强度足够。

（2）采用普通螺栓连接

因为普通螺栓连接，是靠预紧螺栓在被连接件的接合面间产生的摩擦力来传递横向载荷，因此首先要求出螺栓所需的预紧力F'<

KfFs

图解三托架螺栓组连搖

由fF'KfFs,得

根据强度条件式可得螺栓小径d1，即

查GB196-81，取M45（d1=40.129mm>38.8mm）。

3.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。

为保证气密性要求，剩余预紧力F'1.8F（F为螺栓的轴向工作载荷），螺栓间距t乞4.5d（d为螺栓的大径）。

螺栓材料的许用拉伸应力=120MPa，许用应力幅L[=20MPa。

选用铜皮石棉垫片，螺栓相对刚度5/（5*Cm）=0.8，试设计此螺栓组连接。

解题分析：

本题是典型的仅受轴向载荷作用的螺栓组连接。

但是，螺栓所受载荷是

变化的，因此应先按静强度计算螺栓直径，然后校核其疲劳强度。

此外，为保证连接的气密性，不仅要保证足够大的剩余预紧力，而且要选择适当的螺栓数目，保证螺栓间间

距不致过大。

解题要点:

1•初选螺栓数目Z

因为螺栓分布圆直径较大，为保证螺栓间间距不致过大，所以应选用较多的螺栓,

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:

3•计算螺栓的总拉力Fo

Fo=F=1.8FF=2.8F=2.816632.5=45815N

4

•计算螺栓直径

查GB196-81，取M30（d1=26.211mm>25.139mm）。

5

•校核螺栓疲劳强度

故螺栓满足疲劳强度。

6•校核螺栓间距

实际螺栓间距为

mm：

：

4.5d=4.530=135mm

二D0二650

24

t085.1

故螺栓间距满足连接的气密性要求。

4.起重卷筒与大齿轮用8个普通螺栓连接在一起，如图所示。

已知卷筒直径

D=4000mm,螺栓分布圆直径Do=5OOmm,接合面间摩擦系数f=0.12,可靠性系数Ks=1.2,起重钢索拉力Fq=50000N,螺栓材料的许用拉伸应力U=100MPa。

试设计该螺栓组的螺栓直径。

解题分析：

本题是典型的仅受旋转力矩作用的螺栓组连接。

由于本题是采用普通

螺栓连接，是靠接合面间的摩擦力矩来平衡外载荷一一旋转力矩，因此本题的关键是计算出螺栓所需要的预紧力F'。

而本题中的螺栓仅受预紧力F'作用，故可按预紧力F'来确定螺栓的直径。

卷简与大齿轮的螺栓组连接

解题要点:

将已知数值代入上式，可得

3.确定螺栓直径

查GB196-81，取M36（d1=31.670mm>28.768mm）。

讨论：

（1）此题也可改为校核计算题，已知螺栓直径，校核其强度。

其解题步骤仍然是需先求F',然后验算6a=丄买VU

nd1/4

（2）此题也可改为计算起重钢索拉力Fq。

已知螺栓直径，计算该螺栓所能承受的

预紧力F',然后按接合面摩擦力矩与作用于螺栓组连接上的旋转力矩相平衡的条件，

求出拉力Fq，即由

ZfFR=KsFQ9

22

9.试找出图中螺纹连接结构中的错误，说明原因，并绘图改正。

已知被连接件材料均为Q235,连接件为标准件。

（a）普通螺栓连接；（b）螺钉连接；（c）双头螺栓连接;（d）紧定螺钉连接。

螺纹连接結构

解题要点：

（1）普通螺栓连接（图a）

主要错误有：

1）螺栓安装方向不对，装不进去，应掉过头来安装;

2）普通螺栓连接的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；

3）被连接件表面没加工，应做出沉头座并刮平，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；

4）一般连接；不应采用扁螺母；

5）弹簧垫圈尺寸不对，缺口方向也不对；

6）螺栓长度不标准，应取标准长l=60mm；

7）螺栓中螺纹部分长度短了，应取长30mm。

改正后的结构见图解a。

■Jm

图解改正后的螺纹连接结构

（2）螺钉连接（图b）

主要错误有：

1）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地螺栓大径的光孔，下喧

被连接件的螺纹孔又过大，与螺钉尺寸不符，而且螺纹画法不对，小径不应为细实践;

2）若上边被连接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没有加工。

改正后的结构见图解bo

（3）双头螺柱连接（图c）o

主要错误有：

1）双头螺柱的光杆部分不能拧进被连接件的螺纹孔内，M12不能标注在光杆部分;

2）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;

3）若上边被连接件是铸件，则缺少沉头座孔，表面也没加工；

4）弹簧垫圈厚度尺寸不对。

改正后的结构见图解Co

（4）紧定螺钉连接（图d）o

主要错误有：

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。

改正后的结构见图解do

习题参考答案

一、单项选择题

1A2A3B4A5A

6C7B8A

二、填空题

160°;连接；30°;传动

2螺旋升角丫小于当量摩擦角①

3三角螺纹；管螺纹；矩形螺纹；梯形螺纹和锯齿形螺纹

4提高传动效率

5升角与头数

6螺纹副间摩擦力矩；螺母（或螺栓头）端面与被连接件支承面间的摩擦力矩之和

7防止螺杆与螺母（或被连接件螺纹孔）间发生相对转动（或防止螺纹副间相对转动）

8拉伸；扭剪

9拉伸；螺栓发生塑性变形或断裂

10摩擦；机械；永久性

三、问答题

（参考答案从略）四•分析计算题1解题要点：

或f“：

=F0_F=1500N-1000N=500N

为保证被连接件间不出现缝隙，则F0。

由

fC

F“=F"-1-——b—F>0

\、Cb*Cm丿

得Fw-1000N=2000N

1-Cb/（Cb+Cm）1-0.5

2解题要点:

（1）计算压板压紧力F。

由

2fFD

2

（2）确定轴端螺纹直径。

由

查GB196—81，取M16（d113.835mm>12.30mm）

3解题要点

（1）螺栓组连接受力分析

这是螺栓组连接受横向载荷Fr和轴向载荷Fq联合作用的情况，故可按结合面不滑移计算螺栓

4解题要点:

（1）计算螺栓允许的最大预紧力

Fmax

由

a㈤

e二d2/4

得

匚・闪]^12

卜

Fmax41.3

1）计算螺栓的轴向工作载荷F。

根据题给条件，每个螺栓所受轴向工作载荷相等，故有

Fq16000

FN=4000N

44

2）计算螺栓的预紧力

F。

由于有轴向载荷的作用，接合面间的压紧力为残余预紧力F，故有

4fFJKsFr

F丄空^十i__Cb—*=1.2“5000N+（1-0.25$4000N=13000N4fiCb+6丿47.15

小裔烤MPa=320MPa

而[b]=玉-^MPa=120MPa所以

[S]3'

（2）计算连接允许的最大牵引力FRmax

由不得

2fFmax二KsFRmax

得

FRmax=2fFmax=20.155086.3N=1271.6N

Ks1.2

5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联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，

可按螺栓剪切强度条件来计算Tmax，然后校核配合面挤压强度。

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。

由

2T

6D二dj/4

校核螺栓与孔结合面间的挤压强度：

2Tr.

pw卜］p

6Ddshmin

式中，hmin为配合面最小接触高度，hmin=60mm-35mm=25mm;［二］P为配合面材料的许用挤压应力，因螺栓材料的［二卜2大于半联轴器材料的［门P1，故取［二］p=［；「］p1=100MPa。

2T2^89179134

所以cP—max28917913.4MPa=31.8MPa:

［二］P=100MPa

6Ddshmin6疋340疋11疋25

满足挤压强度。

故该螺栓连接允许传递的最大转矩Tmax=8917913.4N•mm

（2）改为普通螺栓连接，计算螺栓小径d1

1）计算螺栓所需的预紧力F•。

按接合面间不发生相对滑移的条件，则有

6fFD/2=KsTmax

KT12^89179134

所以F"=Ks，max二8917913.4n=65572.9N

3fD3汇0.16汇340

2）计算螺栓小径d1。

41.3F

Y兀

41.365572.9

\nX120

mm二30.074mm

6解题要点:

（1）计算允许最大提升载荷Wmax

则根据接合面间不发生相对滑动条件，可得

（2）确定螺栓直径

由接合面间不发生相对滑动条件，可得

查GB196—81,取M12（d1=10.106mm>9.589mm）。

五、结构题

参看教材有关内容。