机械设计习题集

华中科技大学武昌分校机械设计精品课程 1

螺纹联接及螺旋传动

一、选择题

1 在常用的螺旋传动中，传动效率最高的螺纹是__________。

（1）三角形螺纹 （2）梯形螺纹 （3）锯齿形螺纹 （4）矩形螺纹 2 在常用的螺纹联接中，自锁性能最好的螺纹是__________。

（1）三角形螺纹 （2）梯形螺纹 （3）锯齿形螺纹 （4）矩形螺纹 3 当两个被联接件不太厚时，宜采用__________。

（1）双头螺柱联接 （2）螺栓联接 （3）螺钉联接 （4）紧定螺钉联接 4 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且需要经常拆装时，往往采用__________。

（1）螺栓联接 （2）螺钉联接 （3）双头螺柱联接 （4）紧定螺钉联接 5 当两个被联接件之一太厚，不宜制成通孔，且联接不需要经常拆装时，往往采用__________。

（1）螺栓联接 （2）螺钉联接 （3）双头螺柱联接 （4）紧定螺钉联接 6 普通螺纹的牙型角α为60o，当摩擦系数μ＝0.10时，则该螺纹副的当量摩擦系数μv＝__________。

（1）0.105 （2）0.115 （3）0.1115 （4）0.104 7 在拧紧螺栓联接时，控制拧紧力矩有很大方法，例如__________。 （1）增加拧紧力 （2）增加扳手力臂 （3）使用测力矩扳手或定力矩扳手 8 螺纹联接防松的根本问题在于__________。

（1）增加螺纹联接的轴向力 （2）增加螺纹联接的横向力 （3）防止螺纹副的相对转动 （4）增加螺纹联接的刚度 9 螺纹联接预紧的目的之一是__________。

（1）增强联接的可靠性和紧密性 （2）增加被联接件的刚性（3）减小螺栓的刚性

10 承受预紧力F′的紧螺栓联接在受工作拉力F时，剩余预紧力为 F″，其螺栓所受的总拉力F0为__________。

（1）F0?F?F? （2）F0?F?F? （3）F0?F?＋F? （4）F0?F?件的刚度Cm不变时，螺栓的刚度Cb愈小，则__________。

（1）螺栓中总拉力的变化幅度愈大 （2）螺栓中总拉力的变化幅度愈小 （3）螺栓中总拉力的变化幅度不变 （4）螺栓中的疲劳强度降低

12 承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接，当其螺栓的总拉力F0的最大值和螺栓的刚度Cb不变时，被联接件的刚度Cm愈小，则__________。

（1）螺栓中总拉力的变化幅度愈大 （2）螺栓中总拉力的变化幅度愈小 （3）螺栓中总拉力的变化幅度不变 （4）螺栓疲劳强度愈高

CbF

11 承受预紧力和轴向变载荷的紧螺栓联接，当其螺栓的总拉力F0的最大值和被联接

Cb?Cm 1

2 华中科技大学武昌分校机械设计精品课程 13 承受横向载荷或旋转力矩的紧螺栓联接，该联接中的螺_________。

（1）受剪切作用 （2）受拉伸作用 （3）受剪切和拉伸作用（4）既可能受剪切作用又可能受拉伸作用

14 对受轴向变载荷的紧螺栓联接，在限定螺栓总拉力的情况下，提高螺栓疲劳强度的有效措施是__________。

（1）增大被联接件的刚度 （2）减小被联接件的刚度（3）增大螺栓的刚度

15 现有一单个螺栓联接，要求被联接件的结合面不分离，假定螺栓的刚度Cb与被联接的刚度Cm相等，联接的预紧力为F′，现开始对联接施加轴向载荷，当外载荷达到与预紧力F′的大小相等时，则__________。

（1）被联接发生分离，联接失败 （2）被联接件即将发生分离，联接不可靠 （3）联接可靠，但不能再继续加载（4）联接可靠，只要螺栓强度足够，外载荷F还可继续增加到接近预紧力的两倍

16 有一气缸盖螺栓联接，若气缸内气体压力在0～2MPa之间循环变化，则螺栓中的应力变化规律为__________。

（1）对称循环变应力 （2）脉动循环变应力 （3）非对称循环变应力（4）非稳定循环变应力

17 在下列四种具有相同公称直径和螺距并采用相同的配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是__________。

（1）单线矩形螺纹 （2）单线梯形螺纹 （3）双线矩形螺纹（4）双线锯齿形螺纹

18 拧紧可以使一定公称直径的普通螺栓取得一定大小的预紧力，如果要以比较小的拧紧力矩T来得到所要求的预紧力F′可采用__________。

（1）细牙螺纹 （2）双线螺纹 （3）加弹簧垫圈

19 利用D≤M1002的圆螺母（GB812—88）和d≤100mm的止动垫圈（GB858—88）固定轴上的零件时，螺母在轴上最多旋转__________度就能碰上止动垫圈上的一个齿。

（1）20o （2）25o （3）15o （4）30o

20 当一个承受变载荷的螺栓联接，其螺栓的静强度足够而疲劳强度不足时，应首先考虑采用__________来提高其疲劳强度。

（1）增加螺栓直径 （2）提高螺栓材料的屈服极限 （3）改用双螺 （4）柔性螺母 二、分析与思考题

1 螺纹连接有哪些类型？各有何特点？各适用于什么场合？

2 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。

3 普通螺栓连接在拧紧螺母时，螺栓处于什么应力状态下？应该按哪一种强度理论进行计算？为什么将拉力增加30%，即可按纯拉伸进行强度计算 ？

4 对于受轴向变载荷作用的螺栓，可以采用哪些措施来减小螺栓的应力幅σa

5 为什么对于重要的螺栓连接要控制螺栓的预紧力F′？控制螺栓的预紧力的方法有

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哪几种？

6 拧紧螺母与松退螺母时的螺纹效率如何计算？哪些参数影响螺纹副的效率？ 7 根据螺纹旋向的不同，螺纹可以分为哪几种？如何判断螺纹的旋向？ 8 常见螺栓的螺纹是右旋还是左旋？是单线还是多线？为什么？

9 圆柱螺纹的公称直径指的是哪个直径？计算螺纹的摩擦力矩时使用哪个直径？计算螺纹危险截面时使用的是哪个直径？

10 管螺纹的公称直径指的是哪个直径？为什么管子上的螺纹通常采用细牙螺纹？ 11 为什么螺纹联接大多数要预紧？什么叫螺纹联接的预紧力？

12 常用的控制预紧力的方法有哪些？它们有哪些优缺点？为了克服这些缺点可采用什么方法？

13 在拧紧螺母时，拧紧力矩T要克服哪些摩擦力矩？这时螺栓和被联接件各受到什么样的载荷？

14 为什么对重要的螺栓联接不宜使用直径小于M12～M14的螺栓？一般情况下，螺栓所受到的预紧力大约是扳手上施加的力的多少倍？

15 螺纹联接为什么要防松？防松的根本问题是什么？

16 防松的基本原理有哪几种？具体的防松方法和装置各有哪些？

17 相同的公称直径的粗牙普通螺纹与细牙普通螺纹相比，哪个自锁性能好？哪个强度高？为什么？为什么薄壁零件的联接常采用细牙螺纹？

18 什么叫螺纹的自锁现象？自锁条件如何？螺旋副的传动效率又如何计算？ 19 为什么有自锁性能的螺旋传动其效率η小于50％？ 20 试问螺纹的升角为多大时，螺旋副的效率可达到最高值？ 21 螺纹联接的主要失效形式和计算准则是什么？

22 何为松螺纹联接？何为紧螺栓联接？它们的强度计算方法有何区别？ 23 为什么紧螺纹联接计算中，螺纹的直径愈小则其许用应力取值愈小？

24 试画出螺纹联接的力－变形图，并说明联接在受到轴向工作载荷后，螺纹所受的总拉力、被联接件的剩余预紧力和轴向工作载荷之间的关系。

24 螺栓组联接结构设计的目的是什么？应该考虑的问题有哪些？

25 螺栓组联接中螺栓的附加应力是怎样产生的？为避免此附加应力，应从结构和工艺上采取哪些措施？

26 进行螺栓组联接受力分析的目的是什么？

27 在承受横向载荷的紧螺栓联接中，螺栓是否一定受剪切作用？为什么？ 28 承受横向载荷的普通螺栓联接，其预紧力是如何决定的？螺栓受到什么载荷的作用？产生什么应力？

29 承受横向载荷的铰制孔用螺栓联接，其工作原理是什么？螺栓的危险截面在哪里？螺栓受到什么力的作用？产生什么应力？

30 对承受横向载荷或传递力矩的紧螺栓联接采用普通螺栓时，强度计算公式中为什么要将预紧力提高到1.3倍来计算？若采用铰制孔用螺栓时是否也这样考虑？为什么？

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4 华中科技大学武昌分校机械设计精品课程 三、设计计算题

1 一牵曳钩用2个M10的普通螺钉固定于机体上，如图所示。已知接合面间的摩擦系数f=0.15，螺栓材料为Q235、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。

2 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，结构尺寸如图所示。两半联轴器材料为HT200，螺栓材料为Q235、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）若传递的最大转矩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）。

3 一钢结构托架由两块边板和一块承重板焊成的，两块边板各用四个螺栓与立柱相连接，其结构尺寸如图所示。托架所受的最大载荷为20 kN，载荷有较大的 变动。试问：（1）此螺栓连接采用普通螺栓 连接还是铰制孔用螺栓连接为宜？（2）如采 用铰制孔用螺栓连接，螺栓的直径应为多大？

4 一方形盖板用四个螺栓与箱体连接，其结构尺寸如图所示。盖板中心O点的吊环受拉力FQ=20000N，设剩余预紧力F″=0.6F, F为螺栓所受的轴向工作载荷。试求： （1）螺栓所受的总拉力F。，并计算确定螺栓直径（螺栓材料为45号钢，性能等级为6.8级）。（2）如因制造误差，吊环由O点移到O′点，且

OO′=5

5 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D0=650mm。为保证气密性要求，剩余预紧力F″=1.8F，螺栓间距t≤4.5d（d为螺栓的大径）。

4

2mm,求受力最大螺栓所受的总拉力F。，

并校核（1）中确定的螺栓的强度。

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螺栓材料的许用拉伸应力[σ]=120MPa，许用应力幅[σɑ]=20MPa。选用铜皮石棉垫片螺栓相对刚度C1/（C1+C2）=0.8，试设计此螺栓组连接。

6 一种简单的起重装置（螺旋起重器）的结构简图如图所示。在手柄上加一个力Fp并转动手柄即可起升重物，试设计之。已知数据如下表：（略）74 如图示，已知作用在轴承盖上的力F＝10kN,轴承盖用四个螺钉固定于铸铁箱体上，螺钉材料为Q235钢，今取剩余预紧力F″＝0.4F，不控制预紧力。求所需的螺钉直径。

7 一厚度为δ=12mm的钢板用4个螺栓固连在厚度?1=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，接合面的摩擦系数 f=0.15，可靠性系数Kf=1.2，外载荷KR=12000N，尺寸l=400mm，ɑ=100mm。试问： （1）这两种螺栓组连接布置方案哪种较为合理？

（2）按照螺栓组连接布置的合理方案，分别确定采用普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接时的螺栓直径。

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6 华中科技大学武昌分校机械设计精品课程 8 图示为一液压油缸，油压p＝3MPa,缸径D＝160mm，为保证气密性要求，螺柱间距不得大于100mm。试计算其缸盖的螺柱联和螺柱分布圆直径D0。 （提示：现先按气密性要求假设螺柱数目）

9 图示为一气缸盖螺栓联接，缸径D＝500mm，蒸气压力p＝1.2MPa，螺栓分布圆直

径D0＝640mm，为保证气密性要求螺栓间距不得大于150mm，试设计此联接。

题8图 题9图 题10图

10 如图示螺栓联接的力－变形图。若保证剩余预紧力F″的大小等于其预紧力F′的一半。试求该联接所能承受的最大工作载荷。

11 如图示为一吊环与机架用一单个螺栓联接，已知机架的重量为5kN装配螺栓时的预紧力F′＝5kN，问吊环将机架吊起后纸垫A能否抽出？

题11图 题12图

12 如图示为一盛水容器，载重为G（自重不计），缸与盖之间用螺栓联接，总的预

紧力∑F′＝G，容器中的水为常压。问：1）水缸吊起后，水会不会从结合面处漏出？所用垫片是软些好还是硬些好？为什么？2）若盛水容器的自重为载重的一半，则为保证结合面处不漏水，螺栓的相对刚度系数应为多大？

13 图示为一齿轮用八个性能等级为4.6的螺栓与卷筒连成一体，螺栓的分布圆直径D0＝500mm，若卷筒上的钢丝绳拉力F＝50kN，卷筒直径D＝400mm，齿轮与卷筒接触面间的摩擦系数μs＝0.12，装配时不控制预紧力。试确定螺栓的直径，并列出螺纹联接件的标准代号。

14 图示为一凸缘轴，通过凸缘上的六个35钢制螺栓与另一凸缘轴相联接。轴的转速

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n=720r/min，额定功率P＝30kW，短期作用的最大功率为额定规律的2.5倍。试按普通螺栓和铰制孔用螺栓的直径并比较两者的优缺点。已知凸缘接触面间的摩擦系数μs＝0. 2，可靠系数K＝1.2，螺栓材料的屈服点σs＝320MPa，拉应力的安全系数Sσ＝1.5，剪应力的安全系数St＝2.5，挤压应力的安全系数Sp＝1.2。

15 图示用两个M10的螺钉固定一牵曳环，若螺钉材料为Q235钢，装配时控制预紧力，结合面为毛面，摩擦系数μs＝0. 3，可靠系数K＝1.2。求所允许的牵曳力FR为多少？

题13图

题14图 7

题15图

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