第一章 连接设计
一、 思考题
1、 按螺纹牙型分类，螺纹可以分为哪几种？试说明各自的特点及主要用途？
2、 螺纹的主要参数有哪些？在设计中如何应用？ 3、 螺纹的旋向如何判别？常见的螺纹是左旋还是右旋？ 4、 常见的螺纹是单线还是多线？为什么？
5、 在公称直径相同的条件下粗牙螺纹与细牙螺纹相比哪一个自锁性强？那一个连接强度高？为什么？
6、 螺纹连接为什么要防松？防松的基本原理有哪些？常用的防松措施有哪些？
7、 螺纹连接的主要失效形式有哪些？其设计准则是什么？
8、 什么是松螺栓连接？什么是紧螺栓连接？其强度计算方法有何不同？
9、 螺栓组结构设计应考虑哪些问题？进行螺栓组受力分析的目的是什么？其强度计算方法有何特点？
10、 紧螺栓连接强度计算式中的1.3倍是什么含义？如果用铰制孔用螺栓来传递横向载荷，是否也要这样考虑？为什么？
1.3F??p?4?[?]d12二、分析与计算题
1、已知螺栓的刚度C1 =100 N/mm，被连接件的刚度C2 =400 N/mm，若预紧Fp和轴向工作载荷F均为400N，
试问：
（1）、被连接件间有压紧作用吗？为什么？
（2）、以一定的比例画出受力—变形关系图，并标出Fp 和 Fp之值。 2、 有一受横向工作载荷作用的紧螺栓连接，采用单个M16的六角头螺
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栓（GB5782-2000）连接两块钢板，螺栓材料Q235，结合面间的摩擦因数为f=0.13，摩擦传力可靠性系数Kf=1.3，试求在一般拧紧情况下（不控制预紧力），连接所能承受的最大横向工作载荷之值？
3、 用同一把活扳手分别拧紧M8和 M16两个螺栓连接，若活扳手工作长度为200mm，施加在扳手上的力为200N。
试问：（1）、两螺栓所受的预紧力Fp 之值？ （2）、试分析哪个螺栓在预紧时易被拧断？
4、图1-1所示，为用四个普通螺栓连接的支架。被连接件总厚度为45mm螺栓材料为Q235，性能等级4.6级，结合面间的摩擦因数为f=0.15，载荷Q=1000N，试确定螺栓直径，并写出连接件的标记？
图1-1
例解：从图示知本题属于受横向载荷作用的螺栓组连接。
一）受力分析（图 1-2 所示） 将载荷向螺栓组型心简化得： ①作用在型心O的横向载荷Q Q=1000N
②绕型心O旋转的转矩T T=1000Q=1000×1000 =1×106 （Nmm）
③ 由于Q使每个螺栓受横向载荷RQ RQ=Q/4=1000/4=250N
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RQ 的方向与载荷Q作用方向相同 ④ 由于Q使每个螺栓受横向载荷RT
RT 的方向与各螺栓到型心O的连线垂直，且与扭矩T 作用的方向一致。
61?10TRT???884N4r4?200?2
⑤ 将各螺栓的两个分力RQ 和RT 进行合成，可得合力R1、R2、R3、R4 ，其中R2、R3、为最大合力，根据余玄定理：
图1-2
Rmax?R2Q?R2T?2RTRQcos1350?2502?8842?2?250?884?（?0.707） =1075N 二）螺栓直径的确定
①根据Rmax确定预紧力Fp
由平衡条件知：Fpmf=Kf Rmax，由题意知 m=1， 若取Kf =1.3
则：Fp?KfRmaxmf?1.3?1075?9317N0.15 ②确定许用应力[σ]
假设螺栓直径在M16 ~M30 之间，查表9-6，按不控制预紧力取S=3.8
公 式： ?????s 对于性能级别为 4.6 的螺栓，?B?400N/mm2S
?s?6??B10?6?400?240N10?????s
?240?63.16NS3.829
③定螺栓直径
d1?4?1.3Fp?????4?1.3?9317?15.63mm??63.16查设计手册[2]知：M20的粗牙普通螺纹，其公称直径为20，内径d1=17.294>15.63mm
符合强度要求，M20在假设范围之内，安全系数S选值合理。为统一起见，四个螺栓均采用M20的粗牙普通螺栓连接。
三）定连接件标记
查设计手册[2]，按GB93-2000取弹簧垫圈高度为5mm。 查设计手册[2]，按GB170-2000取螺母高度为18mm。 螺母端伸出长度=0.2×d=0.2×20=4mm 计算螺栓所需长度=20+25+5+18+4=72mm 查设计手册[2]取螺栓长度L=75mm。 采用连接件的标记如下：
螺栓 BG5782-2000—M20×75 螺母 BG6170-2000—M20 弹簧垫圈 BG93-2000—20
5、一受轴向外载荷F＝1000 N的紧螺栓连接，螺栓的刚度为C1，被连接件的刚度为C2，且 C2＝8C1；预紧力FP＝1000 N。试求螺栓中的总拉力和被连接件中的剩余预紧力。
6、图1-3所示的连接用4个M12普通螺钉把板1固定在零件3上，零件1与3之间有摩擦片2，各零件之间摩擦系数f=0.13，螺钉强度级别为5.6级，
?S?300MPa，安全系数S=4.5；防滑系数(可靠性系数)Kf?13.；大径
d?12mm，中径d2?10863.mm，小径d1?10106.mm；螺钉拧紧后靠摩擦力
承受载荷F，求允许F的最大值。
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图1-3
7、图1-4所示，用三个 M16的普通螺栓将钢板A固定在钢板B上。L＝400mm，a=70mm。钢板间摩擦系数f=0.12，连接的可靠性系数Kf=1.3，螺栓的许用拉应力[?]=120MPa。求此连接能承受的最大载荷F为多少。
图1-4
8、图1-5所示，为一压力容器，容器体和容器盖用螺栓组连接，容器内长期稳定工作压强P=1.2MPa，D=500mm，D0=640mm，为保证气密性要求，螺栓间距L<7d ，取FP=1.5F，螺栓材料用35号钢，性能等级为5.6，试设计此螺栓连接（螺栓个数和螺栓直径）。
提示：用粗牙螺纹，不控制预紧力，先任选一个螺栓个数，再按静强度计算螺栓直径，验算螺栓间距。
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