机械设计基础第10章答案.doc

10-1证明 当升角与当量摩擦角 符合 时，螺纹副具有自锁性。
当 时，螺纹副的效率

所以具有自锁性的螺纹副用于螺旋传动时，其效率必小于 50%。
10-2解 由教材表10-1、表10-2查得
　　 ，粗牙，螺距 ，中径
　　　螺纹升角　　
　　，细牙，螺距 ，
　　中径 　
　　螺纹升角 　　
对于相同公称直径的粗牙螺纹和细牙螺纹中，细牙螺纹的升角较小，更易实现自锁。
10-3解 查教材表10-1得
　　粗牙 螺距 中径 小径
　　螺纹升角　
　　普通螺纹的牙侧角　 ，螺纹间的摩擦系数　
　　当量摩擦角　
　　拧紧力矩　
　　由公式　　 　　可得预紧力

　　拉应力　
查教材表 9-1得 35钢的屈服极限
拧紧所产生的拉应力已远远超过了材料的屈服极限，螺栓将损坏。
10-4解 （1）升角 　　
　　当量摩擦角　　
　　工作台稳定上升时的效率：

（ 2）稳定上升时加于螺杆上的力矩

（ 3）螺杆的转速　　
　　螺杆的功率　　
（ 4）因 ，该梯形螺旋副不具有自锁性，欲使工作台在载荷 作用下等速下降，
需制动装置。其制动力矩为

10-5解 查教材表9-1得 Q235的屈服极限　　，
查教材表 10-6得，当控制预紧力时，取安全系数
由许用应力　　
查教材表 10-1得 的小径
由公式　 　得
预紧力　　
由题图可知 ，螺钉个数 ，取可靠性系数
牵曳力　　
10-6解 此联接是利用旋转中间零件使两端螺杆受到拉伸 ,故螺杆受到拉扭组合变形。
查教材表 9-1得，拉杆材料Q275的屈服极限　　，
取安全系数 ，拉杆材料的许用应力　　
所需拉杆最小直径　　
查教材表 10-1，选用螺纹 （ ）。
10-7解 查教材表 9-1得，螺栓35钢的屈服极限　，
查教材表 10-6、10-7得螺栓的许用应力　
查教材表 10-1得， 的小径　
螺栓所能承受的最大预紧力

所需的螺栓预紧拉力 　
则施加于杠杆端部作用力 的最大值

10-8解 在横向工作载荷 作用下，螺栓杆与孔壁之间无间隙，螺栓杆和被联接件接触表面受到
挤压；在联接接合面处螺栓杆则受剪切。
　　假设螺栓杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，且这种联接的预紧力很小，可不考虑预
紧力和螺纹摩擦力矩的影响。
　　挤压强度验算公式为：

其中 ； 为螺栓杆直径。
　　螺栓杆的剪切强度验算公式

其中 表示接合面数，本图中接合面数 。
10-9解 （ 1）确定螺栓的长度
　　由教材图 10-9 a）得：螺栓螺纹伸出长度　
　　螺栓螺纹预留长度　
　　查手册选取六角薄螺母 GB6172-86 ，厚度为
　　垫圈 GB93-87 16，厚度为
　　则所需螺栓长度　
　　查手册中螺栓系列长度，可取螺栓长度
　　螺栓所需螺纹长度　 ，
　　取螺栓螺纹长度
（ 2）单个螺栓所受横向载荷

（ 3）螺栓材料的许用应力
　　由表 9-1查得 被联接件HT250的强度极限　
　　查表 10-6取安全系数　
　　被联接件许用挤压应力　
　　查教材表 9-1得 螺栓35钢的屈服极限　 ，
　　查表 10-6得螺栓的许用剪切应力　
　　螺栓的许用挤压应力　
（ 4）校核强度
　　查手册，六角头铰制孔用螺栓 GB28-88 ，其光杆直径
　　螺栓的剪切强度　
　　最小接触长度：　
　　挤压强度　
所用螺栓合适。
10-10解 （ 1）每个螺栓所允许的预紧力
查教材表 9-1得 45钢的屈服极限 ，
查教材表 10-6、10-7得，当不能严格控制预紧力时，碳素钢取安全系数
由许用应力 　
查教材表 10-1得 的小径
由公式　 得
预紧力　　
（ 2）每个螺栓所能承担的横向力
由题图可知 ，取可靠性系数
横向力　
（ 4）螺栓所需承担的横向力

（ 5）螺栓的个数
取偶数 。
在直径为 155的圆周上布局14个 的普通螺栓，结构位置不允许。
10-11解 （ 1）初选螺柱个数　　
（ 2）每个螺柱的工作载荷

（ 3）螺柱联接有紧密性要求，取残余预紧力

（ 4）螺柱总拉力

（ 5）确定螺柱直径
　　选取螺柱材料为 45钢，查表9-1得 屈服极限　 ，
　　查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数　
　　许用应力　　　　　　　　　
　　螺栓小径　　　　　　　　
　　查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表10-7可知取安全系数 是合
适的。
（ 6）确定螺柱分布圆直径
　　由题 10-11图可得　　　　
　取。
（ 7）验证螺柱间距

　所选螺柱的个数和螺柱的直径均合适。
10-12解 （ 1）在力作用下，托架不应滑移，设可靠性系数 ，接合面数 ，此时每个
螺栓所需的预紧力

（ 2）在翻转力矩 作用下，此时结合面不应出现缝隙。托架有绕螺栓组形心轴线O-O翻转的趋势，上
边两个螺栓被拉伸，每个螺栓的轴向拉力增大了 ，下边两个螺栓被放松，每个螺栓的轴向力减小了
，则有力的平衡关系 ，故可得

为使上边两个螺栓处结合面间不出现缝隙，也即残余预紧力刚为零，则所需预紧力
（ 3）每个螺栓所需总的预紧力

（ 4）确定螺栓直径
　选取螺栓材料为 35钢，查教材表9-1屈服极限 ，
　查教材表 10-6得，当不能严格控制预紧力时，暂时取安全系数
　许用应力　　　　　　　　
　螺栓小径　　　　　　　
查教材表 10-1，取 螺栓（ ），由教材表10-7可知取安全系数 也是合适
的。
10-13解 (1)计算手柄长度
查手册 ,梯形螺纹GB5796-86，公称直径，初选螺距 ,则中径 ，
小径　
螺纹升角　　
当量摩擦角　　
所需的转矩

则 ,手柄的长度　
(2)确定螺母的高度
　初取螺纹圈数 ,则
　螺母的高度
　这时 处于1.2～2.5的许可范围内。
10-14解 选用梯形螺纹。
（ 1）根据耐磨性初选参数
初选
查表 10-8 螺旋副的许用压强 ，取

查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径 ，中径 ，小径 ，
螺距。
（ 2）初选螺母
初步计算螺母的高度　
则螺栓与螺母接触的螺纹圈数　 ，取
螺母的高度　
系数 　
（ 3）校核耐磨性
螺纹的工作高度　
则螺纹接触处的压强

合适。
（ 4）校核螺杆的稳定性
起重器的螺母端为固定端，另一端为自由端，故取 ，螺杆危险截面的惯性半径
，螺杆的最大工作长度 ，则
螺杆的长细比　
临界载荷　
取 安全系数
，不会失稳
（ 5）校核螺纹牙强度
对于梯形螺纹　

对于青铜螺母 ，合适。
10-15解 （ 1）初选螺纹直径

查手册，选取梯形螺纹 GB5796-86，选取公称直径 ，中径 ，小径 ，
螺距。
（ 2）验证其自锁性
　螺纹升角　
　当量摩擦角　 ，所以满足自锁条件。
（ 3）校核其耐磨性
设 螺栓与螺母参加接触的螺纹圈数 ，
则 螺母的高度 ， ，处于1.2～2.5的许可范围内。
螺纹的工作高度
则螺纹接触处的压强

查教材表 10-8，钢对青铜许用压强 ，合适。
（ 4）校核螺杆强度
取 ，则所需扭矩

则危险截面处的强度

对于 45 钢正火，其许用应力 ，故合适。
（ 5）校核螺杆的稳定性
压力机的螺母端为固定端，另一端为铰支端，故取 ，螺杆危险截面的惯性半径 ，螺杆的最大工作长度 ，则螺杆的长细比 ，
不会失稳。
（ 6）校核螺纹牙强度
对于梯形螺纹

对于青铜螺母 ，合适。
（ 7 ）确定手轮的直径
由 得

10-16解 （ 1）选用A型平键，查教材表10-9，由轴的直径 可得平键的截面尺寸
，；由联轴器及平键长度系列，取键的长度 。其标记为：键
GB1096-79
（ 2）验算平键的挤压强度
由材料表 10-10查得，铸铁联轴器的许用挤压应力

A型键的工作长度

，使用平键挤压强度不够，铸铁轴壳键槽将被压溃。这时可使轴与联轴器孔之间采用过盈配
合，以便承担一部分转矩，但其缺点是装拆不便。也可改用花键联接。
10-17解 （ 1）选择花键
根据联轴器孔径 ，查手册可知花键小径 最接近，故选择矩形花键的规格为 花键
GB1144-87
花键的齿数 、小径 ，大径 ，键宽 ，键长取 ，倒角
.
（ 2）验算挤压强度
取载荷不均匀系数
齿面工作高度　
平均半径　

查教材表 10-11，在中等工作条件Ⅱ、键的齿面未经热处理时，其许用挤压应力 ，
故合适。