机械设计复习题-(1)螺纹连接1、一压力容器盖螺栓组连接如图所示，已知容器内径D=250mm ，内装具有一定压强的液体，沿凸缘圆周均匀分布12个M16（1d ＝13.835mm ）的普通螺栓，螺栓材料的许用拉应力[]180MPa σ=，螺栓的相对刚度/()0.5bb mc c c +=，按紧密性要求，剩余预紧力1F =1.83F ，F 为螺栓的轴向工作载荷。
试计算：该螺栓组连接允许容器内的液体最大压强max p 及每个螺栓连接所需的预紧力0F 。
1.计算每个螺栓允许的最大总拉力：212[].........................24 1.320815.............................1d F N σπ=⨯=分分1、 计算容器内液体最大压强212max max 2.8 (120815)7434.....................12.8/4 (112)1.82..............................1a F F F F F N D F p p MP π=+=====分分分分02...........................................2(208150.57434)17098......................1bb m C F F F C C N =-+=-⨯=分分2.如图所示的矩形钢板，用4个M20的铰制孔用螺栓（受剪处直径d 0=21mm ）固定在槽钢上，各尺寸关系如图所示（单位：mm ），钢板悬臂端受外载荷F Q =16kN ，试求：1) 螺栓组受哪几种外载荷作用，各自载荷多少？（3分）2)1.螺栓组受到两种外载荷作用:① 横向力 F=F Q =16kN ② 转矩 mmN 1076.53601016)2120300(63⋅⨯=⨯⨯=+=F T2）由横向力F 引起的各螺栓所受的剪力F i 相等：N104410164F 33i ⨯=⨯==F由于各螺栓的力矩r 相等，由转矩T 引起的各螺栓所受的剪力F j 相等：∑==2i max jmax jr Tr F F且 260r ri max==所以，可得16973N26041076.54r T F 6i j =⨯⨯==由图示受力分析可知，螺栓2和4受力最大，其所受剪力的合力为：N10216973cos45104216973)104(cos45F 2F F F F F 43223j i 2j 2i 42⨯=⨯⨯⨯++⨯=++==其切应力为：7M P a.57214102d 4F 242242=⨯⨯===ππττ3.下图表示两平板用2个M20的普通螺栓联接，承受横向载荷F=6000N ，若取接合面间的摩擦系数ƒ=0.2，可靠性系数K S =1.2，螺栓材料的的许用应力[σ]=2N/mm 2安全系数S=2，螺栓的小径d 1=17.294mm 。
试校核螺栓的强度。
解：螺栓预紧后，接合面所产生的摩擦力等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F0，则由平衡条件得：受预紧力螺栓强度为：所以，该螺栓联接件满足强度条件。
4.5.6.(15分)有一受预紧力F0和轴向工作载荷作用的紧螺栓连接，已知预紧力F＝1000 N，螺栓的刚度Cb与连接件的刚度Cm相等，轴向工作载荷F=1000N，试计算该螺栓所受的总拉力F2＝?剩余预紧力F1＝?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?(F1=F0-（1-Cb/(Cb+Cm))F>=0)5.(15分)图3-1示螺栓联接中,采用两个M20的普通螺栓，其许用拉应力[σ]＝l60N／mm2，联接件接合面间摩擦系数f＝0.20，防滑系数Ks＝1.2，计算该联接件允许传递的静载荷F＝?(M20的螺栓d1＝17.294mm)(10分)螺栓预紧后，接合面所产生的最大摩擦力必须大于或等于横向载荷，假设各螺栓所需预紧力均为F则由平衡条件可得(4分)螺栓危险截面的强度条件为于是得 (4分)6. 一钢制液压油缸，缸内油压P＝2.5MPa(静载)，油缸内径 D＝125mm，缸盖由6个M16的螺钉联接在缸体上.螺钉刚度 Cb 与缸体缸盖的刚度 Cm之比为l/4，螺钉材料的性能等级为5.6级，安全系数取S＝1.5，M16螺钉的小径d1=13.835mm.若根据联接的紧密性要求，要求残余预紧力QP ‘＞1.5F.试分析预紧力QP应控制在什么范围内才能满足此联接的要求?解1.计算单个螺钉的工作拉力 F（2分）油缸盖联接所受的载荷 FΣ=pπD 2/4，每个螺钉的工作拉力F＝FΣ／6＝p×πD2/4/6＝2.5 π(125)2／4/6＝5113.27 N 2.计算允许的螺钉最大总拉力 Q（2分）螺钉材料性能等级为5.6级，σs ＝300MPa，许用应力[σ]= σs/S＝300/1.5＝200MPa.由强度条件σca＝1.3Q/( πd2/4)≤[σ]Q≤πd2[σ]/4/1.3＝π×13.8352×200/4/1.3＝23127.83 N3.求预紧力 Qp的允许范围（2分）1)按螺钉强度条件求允许的最大预紧力Q＝Qp 十Cb/（Cb+Cm）F≤23127.83 N∴ Qp≤23127.83-0.2F＝23127.83-0.2×5113.27=22105.17 N2)按联接紧密性条件求最小的预紧力，根据联接紧密性要求，QP‘≥1.5F∴ QP ‘＝Qp- Cm/（Cb+Cm）F=Qp-0.8F≥1.5F即 Qp≥1.5F十0.8F＝2.3F＝l1760.52 N由以上计算结果可知，预紧力Qp应控制为l1760.52 N ≤Qp≤22105.17 N二．传动分析题2图示为手动铰车中所采用的蜗杆传动。
已知m =8mm ，d 1=80mm ，z 1=1，i =40，卷筒的直径D =250mm ，试计算：（1）欲使重物上升1m ，应转动蜗杆的转数；（2）设蜗杆和蜗轮间的当量摩擦系数为0.18，检验该蜗杆传动是否满足自锁条件；（3）设重物重Q =5kN ，通过手柄转臂施加的力F =100N ，手柄转臂的长度l 的最小值 (不计轴承效率) 。
（1）重物上升1m 时，卷筒转动圈数：N 2=1000/πD=1000÷(250x3.14)=1.27蜗杆转动圈数N 1=ni N 2=40x1.27=50.96(圈) （2）蜗杆直径系数q=d 1/m=80÷8=10导程角：γ=arctan =arctan =7.125o当量摩擦角：v=arctanf v = arctan =10.204o：因为： γ〈v所以 蜗杆传动满足自锁条件 （4分）（3）蜗杆传动的啮合效率：: 则：(13分)如图3-2所示某电梯传动装置中采用蜗杆传动，电机功率P=10kW，转速n1＝970r／min，蜗杆传动参数z1＝2；z2＝60；直径系数q＝8；总效率η＝0．8，m＝8，右旋蜗杆，试计算：〔14分)(1)电梯上升时，标出电机转向；(2)标出蜗杆所受各力的方向；(3)计算蜗轮所受各力大小。
(1)电机转向箭头向上； (1分)(2)蜗杆受各力方向如图 (3分)F r2＝F t2·tanα＝9845tan20°＝3583N(10分) 如图4-1传动系统，要求轴Ⅱ、Ⅲ上的轴向力抵消一部分，试确定：1)蜗轮6的转向2)斜齿轮3、4和蜗杆5、蜗轮6的旋向； 3)分别画出蜗杆5，蜗轮6啮合点的受力方向。
1蜗轮6的转向为逆时针方向；2齿轮3左旋，齿轮4右旋，蜗杆5右旋，蜗轮6右旋；(4分)3蜗杆5啮合点受力方向如图(a)；蜗轮6啮合点受力方向如图(b)。
轴承类题目已知V 带传动中，最大传递功率P =8kW ，带的速度v =10m/s ，若紧边拉力F 1为松边拉力F 2的2倍，此时小带轮上包角α1=120︒，求：（1）有效拉力F e ；（2）紧边拉力F 1；（3）当量摩擦系数f ˊ。
解:有效拉力F e =1000P /v =1000×8/10=800 N (2分) 又知:F 1-F 2= F e ,F 1=2F 2则紧边拉力 F 1=2 F e =1600 N (2分)根据欧拉公式得 当量摩擦系数f '=ln(F 1/F 2)/α=ln2/(3.14×120/180) =0.693/2.0933=0.331 (2分)23．一对46210角接触球轴承反安装，如图1所示。
已知轴承1和轴承2 的径向载荷分别为R 1=2000N,R 2=4000N,轴上作用的轴向载荷F a =800N(指向轴承2)，轴承的派生轴向力S 的计算式S =0.68R ，e =0.68，X =0.41,Y =0.87。
轴承载荷有轻微冲击，载荷系数f F =1.2，工作温度不大于120︒C 。
试求： (1) 轴承1和轴承2的轴向载荷A 1和A 2；(2) 轴承1和轴承2的当量动载荷P 1和P 2。
f e F F α=21解:(1)计算轴承的轴向载荷 S 1=0.68R 1=0.68×2000=1360 NS 2=0.68R 2=0.68×4000=2720 N S 1、S 2方向见图2因为F a + S 2=800+2720=3520 N ＞S 1 所以 轴承1“压紧”，A 1= F a + S 2=800+2720=3520 (2分) 轴承2“放松”，A 2= S 2=2720 N(2分) （2）计算轴承的当量动载荷轴承1 A 1/R 1=3520/2000=1.76＞e =0.68,则取 X 1=0.41,Y 1=0.87 P 1=f F (X 1R 1+Y 1A 1)=1.2×(0.41×2000+0.87×3520)=3882.4 N (2分) 轴承2 A 2/R 1=2720/4000=0.68≤e =0.68,则取 X 2=1,Y 2=0 P 2=f F X 2R 2=1.2×1×4000=4800 N (2分)轴系改错题11） 此处弹簧垫片开口错误，应为左旋；图2 第六大题第23小题答案图1此处弹簧垫片开口错误，应为左旋;2联轴器右端无轴向定位，轴应在此位置加工一轴肩；3左侧轴承端盖不应与轴接触；4安装左轴承的轴段应比安装密封毡圈的轴段直径略大，以利于轴承的安装；5左轴承所在轴段不需要键联接；6固定左轴承的套筒厚度太大，其外径应低于轴承内圈的高度；7安装齿轮的轴段长度应比齿轮的轮毂宽度短2~3mm；8安装齿轮的轴段缺少键联接；9安装右轴承的轴段太长且轴端应倒角；10右侧轴承端盖与箱体外壁接触面之间缺少调整垫片。