螺纹连接例题与测试题

[例2] 有一轴承托架用4个普通螺栓固连于钢立柱上，托架材料为HT150，许用挤压应力[σ]P=60MPa，螺栓材料强度级别6.8级，许用安全系数[s]=4，接合面间摩擦系数f=0.15，

可靠性系数K S=1.2，螺栓相对刚

度2.0

2

1

1=

+C

C

C

，载荷

P=6000N，尺寸如例图2.5所示，设计此螺栓组连接。

[解]

1．螺栓组受力分析

如例图2．5所示，载荷p可分解为：

横向载荷P y=Pcos30°=6000cos30°=5196 N (铅垂向下) 轴向载荷P x=Psin30°= 6000sin30°= 3000 N (水平向右) 倾覆力矩M = P x×180+ P y×420=3000×180+5196×420

= 2.722×6

10N·mm

1

显然该螺栓组连接受横向载荷P y、轴向载荷P x和倾覆力矩M三种简单载荷的共同作用。

(1)确定受力最大螺栓的轴向工作载荷。首先确定在轴向载荷P x作用下，每个螺栓受到的轴向工作载荷

N P

F x

P

750 4

3000

4

= =

=

然后确定在倾覆力矩M的作用下，每个螺栓受到的轴向工作载荷由公式（11-33）P273为

显然，上部螺栓受力最大，其轴向工作载荷为

F=F P+F M=750+3240=3990 N

(2)确定螺栓的预紧力F’。

①由托架不下滑条件计算预紧力F’，该螺栓组连接预紧后，受轴向载荷P x作用时，其接合面间压紧力为剩余预紧力F”，而受倾覆力矩M作用时，其接合面上部压紧力减小，下部压紧力增大，故M对接合面间压紧力的影响可以不考虑。固此，托架不下滑的条件式为

2

3

式中 P y ——横向载荷，P y =5196N ；

F P ——螺栓所受的由P x 引起的轴向工作载荷，

F P =750N ；

f ——接合面问摩擦系数，f=0.15；

K s ——可靠性系数， K s =1.2；

②由接合面不分离条件公式(11-35)p273计算预紧力F ’。

??? ??+???? ??+-≥≥???? ??+--???? ??+--=+-???? ??+-=+-=-=A W M P C C C z F 得

W

M C C C A P C C C A zF W M C C C P C C C zF A W M C C C A zF x x x P P P 211'211211'

212212'212""'

min

1101111)(σσσ

4

③由托架下部不被压溃条件公式(11-34)p273计算预紧力；（钢立柱抗挤压强度高于铸铁托架)

??? ??-???? ??+-+≤≤???? ??+-+???? ??+--=++???? ??+-=++=+=A W M P C C C A z F 得

W

M C C C A P C C C A zF W

M C C C P C C C zF A W M C C C A zF x P P x x P P P 211'

211211'

212212'212""'max 1][1][1111)(σσσσσ 式中 [σ]p ——托架材料的许用挤压应力，[σ]p = 60MPa ；

其它参数同前。

所以

()N F 3.113,9216160010618.910722.230002.01616006066

'

=?????????? ?????--+?≤

5 综合以上三方面计算，取F' = 11000 N 。

2．计算螺栓的总拉力F 0

这是受预紧力F'作用后又受轴向工作载荷F 作用的紧螺栓连接，故螺栓的总拉力F 0为

3．确定螺栓直径

式中 [σ]——螺栓材料的许用拉伸应力。

由题给条件知，强度级别为 6.8级，得σs =480MPa ，

[S]=4，所以

[σ]= σS / [S]=480/4=120 MPa

mm d 757.12120

798,113.141=???≥

π 查GBl96--1981，取M16(d 1=13.835mm>12.757mm)。

[说明] 该题也可先按托架不下滑条件确定预紧力F ’，然后校核托架上部不分离和托架下部不压溃的情况。

[例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—1MPa之间变化，气缸内径D=500mm，螺栓分布圆周直径D0=650mm，为保证气密性要求，剩余预紧力F”=1.8 F(F为螺栓的轴向工作载荷)，螺栓间距t≤4．5d(d为螺栓的大径)，螺栓材料的许用拉伸应力[σ]=120MPa，许用应力幅[σ]a=20MPa，选用铜皮石棉垫

片，螺栓相对刚度8.0

2

1

1=

+C

C

C。试设计此螺栓组连接。[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

6

目，保证螺栓间间距不致过大。

[解]

1．初选螺栓数目z

因为螺栓分布圆周直径较大，为保证螺栓间间距不致过大，所以应选用较多的螺栓，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F Q

(2)螺栓的最大轴向工作载荷F

3．计算螺栓的总拉力F0

F0=F”+F=1.8F+F=2.8F=2.8X16362.5=45815 N 4．计算螺栓直径

查GB 196--1981，取M30(d1=26．211 mm>25．139mm)。5．校核螺栓疲劳强度

7

故螺栓满足疲劳强度。

6．校核螺栓间距

实际螺栓间距

故螺栓间距满足连接的气密性要求。

[题4] 图示为一凸缘联轴器，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[σ]pl=100MPa。螺栓材料的许用剪应力[τ]=92 MPa，许用挤压应力[σ]p2 =300 MPa，许用拉伸应力[σ]=120 MPa。试计算该螺栓组连接允许传递的最大转矩T max。若传递的最大转矩T max不变，改用普通螺栓连接，试计算螺栓小径d1的计算值(设两半联轴器间的摩擦系数f=0.16，可靠性系数K s=1.2)。

8

[题3] [解]

1．计算螺栓组连接允许传递的最大转矩

该铰制孔用螺栓连接所能传递的转矩大小受到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T max，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T max，取其值小者。本解按第一种方法计算。

校核螺栓与孔壁配合面间的挤压强度

9

式中d s——螺杆直径，d s=11 mm；

h min—配合面最小接触高度，h min =60—35=25mm；

[σ]p-----配合面材料的许用挤压应力，因螺栓材料的

[σ]p2大于半联轴器材料的[σ]p1,故取

[σ]p=[σ]p1=100MPa，所以

满足挤压强度。故该螺栓组连接允许的最大转矩T max=8917913Nmm。

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

(2)计算螺栓小径d1

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螺纹连接测试题

一、单项选择题(从给出的A、B、C、D答案中选一) [题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．好B．差C．相同

[题2] 用于连接的螺纹牙型为三角形，这最主要是因为三角形螺纹( )。

A．牙根强度高，自锁性能好B．传动效率高；

C．防振性能好

[题3] 若螺纹的直径和螺旋副的摩擦系数一定，则拧紧螺

11

母时的效率取决于螺纹的( )。

A．螺矩和牙型角 B.升角和头数

C．导程和牙型斜角D．螺距和升角

[题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．升角小，单线三角形螺纹D．升角大，双线三角

形螺纹

C．升角小，单线梯形螺纹D．升角大，双线矩形螺纹[题5] 用于薄壁零件连接的螺纹，应采用( )。

A．三角形细牙螺纹B．梯形螺纹

C.锯齿形螺纹D．多线的三角形粗牙螺纹[题6] 当螺栓组连接承受横向载荷或旋转力矩时，该螺栓组中的螺栓( )。

A．必受剪切力作用B．必受拉力作用

C．既可能受剪切作用，也可能受拉伸作用

D．同时受到剪切与拉伸作用

[题7] 计算采用三角形螺纹的紧螺栓连接的拉伸强度时，考虑到拉伸与扭转的复合作用，应将拉伸载荷增加到原来的( )倍。

A．1.1 B．1.3

C．1.25 D．0.3

[题8] 采用普通螺栓连接的凸缘连轴器，在传递转矩时，

12

( )。

A．螺栓的横截面受剪切 B.螺栓与螺栓孔配合面受

挤压

C．螺栓同时受剪切与挤压D．螺栓受拉伸与扭转作用[题9] 在下列四种具有相同公称直径和螺距，并采用相同配对材料的传动螺旋副中，传动效率最高的是( )。

A．单线矩形螺旋副 B.单线梯形螺旋副

C．双线矩形螺旋副D，双线梯形螺旋副

[题10] 在螺栓连接中，往往在一个螺栓上采用双螺母．其目的是( )。

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[题11] 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( )。

A.受力均匀B．便于装配

C.外形美观D．降低成本

[题12] 螺栓的材料性能等级标成6.8级，其数字6.8代表( )。

A. 对螺栓材料的强度要求

B．对螺栓的制造精度要求

C．对螺栓强度和制造精度的要求

[题13] 螺栓强度等级为6．8级，则该螺栓材料的最小屈服

13

14 极限近似为( )。

A . 480 MPa

B ．6 MPa

C ．8 MPa

D ．0.8 MPa

[题14] 不控制预紧力时，螺栓的安全系数选择与其直径有 关，是因为( )。

A ．直径小，易过载

B ．直径小，不易控制预紧力

C ．直径大，材料缺陷多

[题15] 工作时仅受预紧力F'作用的紧螺栓连接，其强度校 核公式为][43.121

'σπσ≤=d F ca ，式中的系数1.3是考虑( )。

A ．可靠性系数 B.安全系数

C ．螺栓在拧紧时，同时受拉伸与扭转联合作用的影响

[题16] 紧螺栓连接在按拉伸强度计算时，应将拉伸裁荷增

加到原来的1．3倍，这是考虑( )的影响。

A ．螺纹的应力集中

B ．扭转切应力作用

C. 安全因素

D.载荷变化与冲击

[题17] 预紧力为F'的单个紧螺栓连接，受到轴向工作载荷 F 作用后，螺栓受到的总拉力F 0 ( ) F'+F 。

A ．大于 B.等于 C. 小于

[题18] 一紧螺栓连接的螺栓受到轴向变载荷作用，已知F min =0，Fmax=F ，螺栓的危险截面面积为A c ，螺栓的相对刚度为K C ，则该螺栓的应力幅为( )。

[题19] 在受轴向变载荷作用的紧螺栓连接中，为提高螺栓的疲劳强度，可采取的措施是( )。

A．增大螺栓刚度C1，减小被连接件刚度C2

B．减小C1，增大C2

C．增大C1和C2

D．减小C1和C2，

[题20] 若要提高受轴向变载荷作用的紧螺栓的疲劳强度，则可( )。

A．在被连接件间加橡胶垫片 B.增大螺栓长度

C．采用精制螺栓 D.加防松装置[题21] 有一单个紧螺栓连接，要求被连接件接合而不分离，已知螺栓与被连接件的刚度相同，螺栓的预紧力为F’，当对连接施加轴向载荷，使螺栓的轴向工作载荷F与预紧力F'相等时，则( )。

A．被连接件发生分离，连接失效

D．被连接件即将发生分离，连接不可靠

C．连接可靠，但不能再继续加载

D．连接可靠，只要螺栓强度足够，可继续加载，直到轴向工作载荷F接近但小于预紧力F'的2倍

[题22] 对于受轴向变载荷作用的紧螺栓连接，若轴向工作

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载荷P在0—1000N之间循环变化，则该连接螺栓所受拉应力的类型为( )。

A．非对称循变应力B．脉动循环变应力

C．对称循环变应力D．非稳定循环变应力[题23] 对于紧螺栓连接，当螺栓的总拉力F0和剩余预紧力F"不变时，若将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应力幅σa与预紧力F'会发生变化，( )。

A．σa增大，F’应适当减小B．σa增大，F’应适当增大C．σa减小，F’应适当减小D．σa减小，F’应适当增大

[题24] 在螺栓连接设计中，若被连接件为铸件，则往往在螺栓孔处做沉头座孔，其目的是( )。

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

二、填空题

[题1] 三角形螺纹的牙型角=__________________，适用于__________________，而梯形螺纹的牙型角=____________________，适用于_________________。[题2] 螺旋副的自锁条件是___________________

[题3]常用螺纹的类型主要有_____________、_________、___________________、_____________和

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_________________。

[题4] 传动用螺纹（如梯形螺纹）的牙型斜角(牙侧角)β比连接用螺纹(如三角形螺纹)的牙型斜角(牙侧角)小，这主要是为了____________________。

[题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________________________和______________________。

[题6] 螺纹连接防松的实质是_________________。

[题7] 普通紧螺栓连接受横向载荷作用，则螺栓中受——应力和_________________应力作用。-

[题8] 被连接件受横向载荷作用时，若采用普通螺栓连接时，则螺栓受载荷作用，可能发生的失效形式为________________________.

[题9] 有一单个紧螺栓连接，已知所受预紧力为F’，轴向工作载荷为F，螺栓的相对刚度为C1/(C1+C2)，则螺栓所受的总拉力F0=____________________，而剩余预紧

F”=____________________.若螺栓的螺纹小径为d1，螺栓材料的许用拉伸应力为，则其危险剖面的拉伸强度条件式为________________________。

[题10] 采用凸台或沉头座孔作为螺栓头或螺母的支承面定为了____________________________。

[题11] 在螺栓连接中，当螺栓轴线与被连接件支承面不垂直

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时，螺栓中将产生附加____________应力。

[题12] 螺纹连接防松，接其原理可分为

____________________防松、___________________防松和_____________________________防松。

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