第五章课后习题讲解机械设计

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1、P82课后习题5.1题图5.1(a)、(b)、(c)表示三种被联接件结构，其形状和有关尺寸如图所示，它们的材料均为铸铁，现欲用M12的螺纹联接件联接，为了防止松脱应使用弹簧垫圈。请确定联接类型，并从手册中查出所用联接件(包括弹簧垫圈)尺寸、画出正确的联接结构。解:本人所用资料均为：清华大学吴宗泽主编，机械设计课程设计手册（第3版），高等教育出版社，2006年5月出版a由P122表9-16可知，因为零件表面未精加工，所以为了避免螺栓承受偏心载荷，需要加工沉头座。由该书P51页表3-27查得：沉头

2、座尺寸d1=13.5mm，d2=26mm，高度可取为t=2mm。由该手册P48页表3-22查得标准型弹簧垫圈可标记为：垫圈GB/T9312（由表知其厚度为3.1mm）。由P47页表3-19查得螺母可标记为：螺母GB/T6170M12（厚度m=10.8mm）。公称长度l>m(前面查表知为10.8)+(3.1-2)+20+20-2=49.9mm,由P39页表3-9查得取l=55mm。螺栓可标记为：螺栓GB/T5782M12×55。考虑扳手空间，由P161页表11-2查得：C1min=18mm,C2m

3、in=16mm,均取为C1=C2=20mm。最后的连接结构ab同样道理需要加工沉头座且沉头座尺寸与垫圈规格与图5.1a完全一样。又由于下面零件结构不允许安装螺母，所以必须采用螺钉结构。此处选用螺栓GB/T5782M12×l（螺栓此种情况下可以代替螺钉，而且一般螺钉很少有M12规格的，此处螺栓的公称长度l待定）。查该手册P52页表3-29知需要拧入深度（零件是铸铁）为L=18mm。于是公称长度l>(3.1-2)+20+18=39.1mm,由P39页表3-9查得取l=45mm(因公称长度为45~12

4、0mm）。注意：此处也可选用内六角圆柱头螺钉，公称长度确定与上述方法类似，但此时应查P42页表3-14得该型号螺钉标记为：螺钉GB/T70M12×40。思考此处为何下面零件要加工成通孔内螺纹？这是因为由P51页表3-28可见钻孔余留长度应为拧入深度L+l2，其中需要攻内螺经纹深度为l1=3.5mm。则L1=L+l1=18+3.5=21>20mm(零件壁厚），所以此时下面零件必须加工为通孔结构且全部攻丝加工出内螺纹）。最后的连接结构b图5-1b也可采用内六角圆柱头螺钉结构c同样道理上面零件需要

5、加工沉头座且沉头座尺寸与垫圈规格与图5.1a完全一样。又由于下面零件结构不允许加工沉头座，所以为避免偏载必须采用螺钉结构。此处选用螺栓GB/T5782M12×l（螺栓此种情况下可以代替螺钉，而且一般螺钉很少有M12规格的，此处螺栓的公称长度l待定）。查该手册P52页表3-29知需要拧入深度（零件是铸铁）为L=18mm。于是公称长度l>(3.1-2)+20+18=39.1mm,由P39页表3-9查得取l=45mm(因公称长度为45~120mm）。图5-1c也可采用内六角圆柱头螺钉结构:螺钉GB/T

6、70M12×405.2题图5.2为一刚性凸缘联轴器，凸缘间用铰制孔用螺栓联接，螺栓数目Z＝6，螺杆无螺纹部分直径d0=17mm，材料为强度级别为8.8级(35号钢)，两个半联轴器材料为铸铁，试计算联轴器能传递的转矩。若欲传递同样的转矩，而采用普通螺栓联接时，试确定螺栓直径。解:当采用受剪螺栓时，可忽略接合面上的摩擦力，由教材书上P71页公式5.35或（由于均布）直接得到每个螺栓所受的工作剪力为Fsmax=T/(6r)(1)由剪切强度条件：由教材P66页表5-4：由教材P56页表5-1知屈服强度极

7、限为：(2)由挤压强度条件：由表P66页表5.4知：由表5.1对螺栓：由表5.1对被连接件：（由手册P25页表2-3知，铸铁的最小抗拉强度为80MP）可见被连接件先被压溃，所以应取320MPa为允许许用挤压力，于是得到手册P25页表2-3知综合（1）和（2）得螺栓可承受的最大剪力为所以联轴器可承受的最大力矩为：若承受同样力矩，当采用普通螺栓时要求确定螺栓直径。由P70页公式（5.31）得预紧力应为：由P65页表5.3查得许用应力P70页表5.6查得：取可是依题意，从结构上考虑不允许在此圆周上放置

8、6个小径为70mm的螺栓。5.3一气缸和气缸盖的联接结构如题图5.3所示。已知气缸内压力在0~lMPa之间变化，螺栓间距离不得小于150mm，试确定螺栓数目及直径。解：依题意螺栓数zmax=6，由P64页表5.2查得:作用在单个螺栓上的轴向载荷为由教材P65页表5.3,,由P56表5.1:由P68页表5.5取由P68页表5.5优先取第一系列M24螺栓。由清华手册由P35页表3-1查得螺栓可标记为：螺栓GB/T5782M24。由下图知结构允许。由于是变载荷，需进行疲劳强度计算，由清华手册表3-1查