第十章联接 ★考点及常见题型精解 添加管理员 来源本站 阅读395 时间2010/7/5122522 再章查点 螺纹零件是典型的联接零件螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接。本章以应用 最为广泛的螺栓联接来讨论螺纹联接零件的设计。本章重点是单个螺栓联接的强度计 算以及提高螺栓联接强度的措施。另外本章还简要地介绍了键和销的联接。 本章考点主要分布在螺纹联接部分,以各种题形岀现:选择、填充、判断、简答 算、结构分析等。具体的知识点有 1、螺纹主要几何参数的计算。 2、螺纹联接类型的选用。 3、螺纹联接的预紧目的和方法。 4、螺纹联接的防松目的、原理及装置 5、提高螺栓联接强度的方法及其机理 6、键联接的分类、结构特点、工作面及使用场合。 7、螺旋副的受力分析、效率的计算 8、螺旋副自锁性判别。 9、简单螺栓组的受力分析 10、单个螺栓组的强度校核。 11、螺栓直径的设计计算。 12、螺栓联接的结构设计(结构图、改错等)。 曲型例题 10.1在常用的螺纹联接中,自锁性最好的螺纹是_A_ 普通螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 102在常用的螺旋传动中,传动效率最高的螺纹是_D_。 普通螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 【评注】螺纹有联接和传动两大功能。但不同的螺纹有不同的用途。用于联接的螺纹 必须具有自锁性,用于传动的螺纹一般要求其具有较高的传动效率。在相同条件(如 螺纹升角相同、材料相同)下,普通螺纹(三角螺纹,牙型角α=60°)的当量摩擦角 p较大,根据自锁性条件ψ≤p'可知,更易实现自锁。矩形螺纹(牙型角a=0°)的当 量摩擦角ρ'=ρ- arctan最小,根据效率公式nη=tanψ/tan(ψ+ρ)可知其效率最大,故矩 形螺纹主要用于传动。从以上分析也可看出,牙型角越小,其传动效率越高,可用于传动;牙 型角越大,其自锁性越好,越有可能用于联接。但两者之间没有绝对的界限,普通螺纹也有用 于传动的。同—公称直径的普通螺纹,其细牙螺纹与粗牙螺纹相比,相升角更小,自锁性更 同样的,单线螺纹与多线螺纹相比,在相同条件(材料相同,螺距相同)下,单线 螺纹的升角小,易实现自锁,多用于联接;多线螺纹的升角大,传动效率高,多用于 传动,并且线数愈多,升角愈大,传动效率愈高。事实上,单线普通螺纹的升角约在 间,而摩擦系数的普通螺纹其当量摩擦角,在静载下都能保证自锁性。 螺纹升角愈大,则传动效率愈髙,但由于过大的螺纹升角制造困难,且效率增高也 不显著,所以一般升角不大于25°。 10.3为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈?通常采用哪些结构形式可使螺纹牙间 的载荷趋于均匀
第十章 联接 ★ 考点及常见题型精解 添加:管理员 来源:本站 阅读:3195 时间:2010/7/5 12:25:22 螺纹零件是典型的联接零件,螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接。本章以应用 最为广泛的螺栓联接来讨论螺纹联接零件的设计。本章重点是单个螺栓联接的强度计 算以及提高螺栓联接强度的措施。另外本章还简要地介绍了键和销的联接。 本章考点主要分布在螺纹联接部分，以各种题形出现：选择、填充、判断、简答、 计算、结构分析等。具体的知识点有： 1、螺纹主要几何参数的计算。 2、螺纹联接类型的选用。 3、螺纹联接的预紧目的和方法。 4、螺纹联接的防松目的、原理及装置。 5、提高螺栓联接强度的方法及其机理。 6、键联接的分类、结构特点、工作面及使用场合。 7、螺旋副的受力分析、效率的计算。 8、螺旋副自锁性判别。 9、简单螺栓组的受力分析。 10、单个螺栓组的强度校核。 11、螺栓直径的设计计算。 12、螺栓联接的结构设计（结构图、改错等）。 10.1 在常用的螺纹联接中，自锁性最好的螺纹是 A 。 A、普通螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 10.2 在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是 D 。 A、普通螺纹 B、梯形螺纹 C、锯齿形螺纹 D、矩形螺纹 【评注】螺纹有联接和传动两大功能。但不同的螺纹有不同的用途。用于联接的螺纹 必须具有自锁性，用于传动的螺纹一般要求其具有较高的传动效率。在相同条件（如 螺纹升角相同、材料相同）下，普通螺纹（三角螺纹，牙型角α=60° ）的当量摩擦角 ρ ‘ 较大，根据自锁性条件ψ≦ρ ’ 可知，更易实现自锁。矩形螺纹（牙型角α=0° ）的当 量摩擦角 ρ’= ρ=arctanf最小，根据效率公式η=tanψ/tan(ψ+ρ ’) 可知其效率最大，故矩 形螺纹主要用于传动。从以上分析也可看出，牙型角越小，其传动效率越高，可用于传动；牙 型角越大，其自锁性越好，越有可能用于联接。但两者之间没有绝对的界限，普通螺纹也有用 于传动的。同一公称直径的普通螺纹，其细牙螺纹与粗牙螺纹相比，相升角更小，自锁性更 好。 同样的，单线螺纹与多线螺纹相比，在相同条件（材料相同，螺距相同）下，单线 螺纹的升角小，易实现自锁，多用于联接；多线螺纹的升角大，传动效率高，多用于 传动，并且线数愈多，升角愈大，传动效率愈高。事实上，单线普通螺纹的升角约在 之间，而摩擦系数 的普通螺纹其当量摩擦角 ，在静载下都能保证自锁性。 螺纹升角愈大，则传动效率愈高，但由于过大的螺纹升角制造困难，且效率增高也 不显著，所以一般升角不大于25° 。 10.3 为什么螺母的螺纹圈数不宜大于10圈？通常采用哪些结构形式可使螺纹牙间 的载荷趋于均匀？
答螺栓联接中采用普通螺母时,轴向载苘在旋合螺纹各圈之间的分布是不均匀的 靠近支承面的第一圈受载最大,以后各圈递减,到第10圈以后,螺纹几乎不承受载 荷,所以螺母的螺纹圈数不宜大于10圈。采用悬置螺母或环槽螺母,有助于减少螺母 与螺栓杄的螺距变化差异,从而使螺纹牙间的载荷分而比较均匀。 104螺纹联接预紧的目的在于增加螺纹联接的可靠性、紧密性,以防止螺纹联接 105螺纹联接为什么要防松?防松措施有哪些? 答用于联接的普通螺纹一般都具有自钬性,在静载荷作用下不会自动松脱。但在 (1)冲击、振动或变载荷下,螺纹副和支承面间的磨擦力会下降 (2)在温度变化中,联接件与被联接件之间的温度变形有差异,或发生蠕变,使预 紧力或摩擦力减小,甚至松脱。因此在设计时就应注意螺纺联接的防松问题。 防松的根本问题是阻止螺纹副的相对转动。具体防松措施有三种:(1)摩擦防松 (弹簧垫圈、双螺母、尼龙圈锁紧螺母等); (2)机械防松(开口销与槽形螺母、止动热圈等) (3)破坏性防松(冲击、粘合等) 10.6在螺栓强度计算中,常用作危险剖面的计算直径是C A、螺纹的大径dB、螺纹的中径d2C、螺纹的小径d 1.3F 107在受到轴向工作载荷的紧螺栓联接中,强度验算公式为 其中的Fa为D A、工作载荷 B、螺栓预紧力 C、工作载荷和预紧力之和D、工作载荷和残余预紧力之和 10.8被联接件受橫向工作载荷时,如果采用普通螺栓联接,则螺栓可能岀现的失 效为D A、剪切破坏 B、挤压破坏 C、扭断 D、拉扭断裂 【评注】螺栓联接的强度计算时,要明确螺栓联接的类型和工作载荷的方向。螺栓 联接的类型主要是指有无预紧力。松螺栓联接中,螺栓只受轴冋拉伸载荷。受横冋载 荷的铰制孔螺栓联接,由于预紧力很小不予考虑,其受力主要是剪切和挤压。其它各 种情况都受到预紧力的作用,螺栓除受工作载载荷外,还受到拧紧力矩的作用,故螺 栓的变形是拉扭组合变形。强度计算时,按第四强度理论处理,当量应力是纯拉伸应 力的13倍。 109如图10.2所示,刚性凸缘联轴器用六个普通螺栓联接。螺栓均分布在D=100mm的圆 周上,接合面摩擦系数f=0.15,可靠性系数取C=12。若联轴器的转速n=960r/min、传递的功 率P=-l5kW,载荷平稳;螺栓材料为45钢,σs=480Mpa,不控制预紧力,安全系数取 S=4,试计算螺栓的最小直径
答 螺栓联接中采用普通螺母时，轴向载荷在旋合螺纹各圈之间的分布是不均匀的， 靠近支承面的第一圈受载最大，以后各圈递减，到第10圈以后，螺纹几乎不承受载 荷，所以螺母的螺纹圈数不宜大于10圈。采用悬置螺母或环槽螺母，有助于减少螺母 与螺栓杆的螺距变化差异，从而使螺纹牙间的载荷分而比较均匀。 10.4 螺纹联接预紧的目的在于 增加螺纹联接的可靠性、紧密性，以防止 螺纹联接 的松动 。 10.5 螺纹联接为什么要防松？防松措施有哪些？ 答 用于联接的普通螺纹一般都具有自锁性，在静载荷作用下不会自动松脱。但在 （1）冲击、振动或变载荷下，螺纹副和支承面间的磨擦力会下降； （2）在温度变化中，联接件与被联接件之间的温度变形有差异，或发生蠕变，使预 紧力或摩擦力减小，甚至松脱。因此在设计时就应注意螺纺联接的防松问题。 防松的根本问题是阻止螺纹副的相对转动。具体防松措施有三种：（1）摩擦防松 （弹簧垫圈、双螺母、尼龙圈锁紧螺母等）； （2）机械防松（开口销与槽形螺母、止动热圈等）； （3）破坏性防松（冲击、粘合等）。 10.6 在螺栓强度计算中，常用作危险剖面的计算直径是 C 。 A、螺纹的大径d B、螺纹的中径d2 C、螺纹的小径 d1 10.7在受到轴向工作载荷的紧螺栓联接中，强度验算公式为 ，其中的 Fa为 D 。 A、工作载荷 B、螺栓预紧力 C、工作载荷和预紧力之和 D、工作载荷和残余预紧力之和 10.8 被联接件受横向工作载荷时，如果采用普通螺栓联接，则螺栓可能出现的失 效为 D A、剪切破坏 B、挤压破坏 C、扭断 D、拉扭断裂 【评注】螺栓联接的强度计算时，要明确螺栓联接的类型和工作载荷的方向。螺栓 联接的类型主要是指有无预紧力。松螺栓联接中，螺栓只受轴向拉伸载荷。受横向载 荷的铰制孔螺栓联接，由于预紧力很小不予考虑，其受力主要是剪切和挤压。其它各 种情况都受到预紧力的作用，螺栓除受工作载载荷外，还受到拧紧力矩的作用，故螺 栓的变形是拉扭组合变形。强度计算时，按第四强度理论处理，当量应力是纯拉伸应 力的1.3倍。 10.9 如图10.2所示，刚性凸缘联轴器用六个普通螺栓联接。螺栓均分布在D=100mm 的圆 周上，接合面摩擦系数 f=0.15，可靠性系数取C=1.2 。若联轴器的转速n=960r/min 、传递的功 率P=15 kW ，载荷平稳；螺栓材料为45钢，σs=480 Mpa ，不控制预紧力，安全系数取 S=4，试计算螺栓的最小直径
Se VZN 图l 解由图102可知,此联接为普通螺栓联接,靠接合面间的摩擦传递扭矩T。 (1)联轴器传递的转矩 T=955×10°2=955×10× 15×10Nm 960 2)螺栓所需预紧力 ZF-≥CT 故F≥ 12×15×10 D/26×0.15×100/24000N (2)许用应力 a480 120MPa 3)所需螺栓最小直径 4×13F4×13×4000 =7.43m 120 10.10一机架由四个铰制孔螺栓组成联接,几何尺寸如图10.3所示。已知R1=4000N R=l00N,螺栓材料的许用剪应力[τ]-=l00Mpa,试按剪切强度确定所需螺栓的最小直径
图10.2 解 由图10.2可知，此联接为普通螺栓联接，靠接合面间的摩擦传递扭矩T 。 （1）联轴器传递的转矩 10.10 一机架由四个铰制孔螺栓组成联接，几何尺寸如图10.3所示。已知R1=4000 N ， R=1000 N ，螺栓材料的许用剪应力 [τ]=100 Mpa，试按剪切强度确定所需螺栓的最小直径
■那要 150 150 解(1)受力分析 螺栓联接承受的转矩 T=(R1-R2)×150=(4000-1000)×150=450000Nmm 螺栓联接承受的横向载荷 F=R1+R2=4000+1000=5000N (2)单个螺栓的受力 由于转矩的作用,每个螺栓受到的切向载向力 Fir =2250N zD/24×100/2 由于横向力的作用,每个螺栓受到的横向力 F:==500 =1250N 〔3)受力最大的螺栓为2、3,其最大横向力为 F1=√F计+F-2F2c135=250+1250-2×2201250c135=3500 4)螺栓杆的最小直径 a≥.4X-4×3500-66m mr[]V1×r×100 日矩甲作工个力驾和给度果相质个二是产生 横向载荷,每个螺栓所受的工作剪力与横冋载荷方冋相同。这样毎个螺栓都受到两个 剪力,且方向不同,所以应找出其中受力最大的螺栓,根据强度条件,计算出此螺栓 所需的直径,并作为整个螺栓组的所有螺栓的直径。 10.1平键联接的可能失效形式为D A、疲劳点蚀 B、弯曲疲劳破坏 C、胶合 D、压溃、剪切破坏 10.12平键的尺寸是如何确定的? 答根据轴径d从标准中选取键宽b和键髙h;按轮毂长度选岀相应的键长L,用于 静联接的平键,其键长不应大于轮毂长 1013如图104所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮,分别用键与减速器的低速轴相联 接。已知轴的材料的45钢,传递的扭矩1=1000Nm,齿轮用锻钢制成,半联轴器用灰 铸铁制成,工作时有轻微冲击。试设计两处所用的键
图10.3 解 （1）受力分析 螺栓联接承受的转矩 T=(R1－R2)×150＝(4000－1000)×150=450000 N.mm 螺栓联接承受的横向载荷 F=R1+R2=4000＋1000=5000 N （2）单个螺栓的受力 由于转矩的作用，每个螺栓受到的切向载向力 【评注】载荷作用位置不在螺栓联接的几何中心处，其作用效果有两个：一是产生 扭矩，每个螺栓所受的工作剪力和该螺栓轴线到螺栓组形心的连线相垂直；二是产生 横向载荷，每个螺栓所受的工作剪力与横向载荷方向相同。这样每个螺栓都受到两个 剪力，且方向不同，所以应找出其中受力最大的螺栓，根据强度条件，计算出此螺栓 所需的直径，并作为整个螺栓组的所有螺栓的直径。 10.11 平键联接的可能失效形式为 D 。 A、疲劳点蚀 B、弯曲疲劳破坏 C、胶合 D、压溃、剪切破坏 10.12 平键的尺寸是如何确定的？ 答 根据轴径 d从标准中选取键宽b 和键高h ；按轮毂长度选出相应的键长L ，用于 静联接的平键，其键长不应大于轮毂长。 10.13 如图10.4所示的凸缘半联轴器及圆柱齿轮，分别用键与减速器的低速轴相联 接。已知轴的材料的45钢，传递的扭矩 T=1000 N.m，齿轮用锻钢制成，半联轴器用灰 铸铁制成，工作时有轻微冲击。试设计两处所用的键
130 90 图1 解(1)选择类型联轴器和齿轮与轴的周向固定用键联接,并为静联接,从图中 看,选用普通A型键。 (2)按轴径确定键的型号 联轴器处:轴径ω70,查教材表10-9,选用键b×h=20×12, 轮毂宽130mm,查教材表10-9,选择长度系列L=125mm 则选用的键为:20×125GB1096-79 棱处出0表材与,选长度9321 则选用的键为:25×80GB1096-79 (3)校核其强度 平键静联接的主要失效为压溃。按挤压强度校核 联轴器用铸铁,载荷轻微冲击,查教材表10-10,许用应力 [OpI=50 Mpa 键的工作长度 l=L-b=125-20=105mm p=4Th=4×1000×103/70×12×105=434Mas[opl 齿轮有锻钢,载荷轻微冲击,查教材表10-10,许用应力 [opl =100 Mpa 键的工作长度 l=L-b=80-25=55mm p=4Th=4×1000×103/90×14×55=577Mpa≤[apl 均合适
图10.4 解 （1）选择类型 联轴器和齿轮与轴的周向固定用键联接，并为静联接，从图中 看，选用普通A型键。 （2）按轴径确定键的型号 联轴器处：轴径ø70 ，查教材表10-9，选用键 b×h=20×12， 轮毂宽130mm ，查教材表10-9，选择长度系列 L=125mm 则选用的键为：20×125GB1096-79 齿轮处：轴径ø90 ，查教材表10-9，选用键 b×h=25×14 ， 轮毂宽90mm ，查教材表10-9，选择长度系列 L=80mm 则选用的键为： 25×80GB1096-79 （3）校核其强度 平键静联接的主要失效为压溃。按挤压强度校核。 联轴器用铸铁，载荷轻微冲击，查教材表10-10，许用应力 [σp]=50 Mpa 键的工作长度 l=L－b＝125－20=105 mm σp=4T/dhl=4×1000×103/70×12×105=43.4 Mpa≤ [σp] 齿轮有锻钢，载荷轻微冲击，查教材表10-10，许用应力 [σp] ＝100 Mpa 键的工作长度 l=L－b＝80－25=55 mm σp=4T/dhl=4×1000×103/90×14×55=57.7 Mpa≤ [σp] 均合适