5.3　名校考研真题详解

一、填空题

1．螺纹防松的关键在于防止______。[山东大学2004研]

【答案】螺纹副的相对转动

2．普通螺纹连接承受横向外载荷时，依靠______承载，螺栓本身受______作用，可能的失效形式为______。[华南理工大学2006研]

【答案】结合面间的摩擦；预紧力；螺栓杆拉断

3．对于承受变载荷的受拉螺栓连接，其应满足的强度条件为______，______；在工作载荷和残余预紧力不变的情况下，通过______或______可以达到减小应力幅的目的。[北京航空航天大学2001研]

【答案】减小螺栓刚度；增大被连接件刚度

【解析】为静强度校核公式，为疲劳强度校核公式，为应力幅，为螺栓刚度，为被连接件刚度。根据公式可知，减小或增大都可以使  减小。

4．螺纹升角是影响螺纹性能的重要参数，而螺纹中影响螺纹升角的参数有______、______和______。[哈尔滨工业大学2005研]

【答案】线数；螺距；螺纹中径

【解析】根据公式可知影响螺纹升角的参数为线数，螺距和螺纹中径。

二、选择题

1．螺纹的公称直径是指它的（　　）。[浙江大学2007研]

A．外径d

B．中径d2

C．内径d1

【答案】A

2．采用螺纹连接时，当被连接件很厚并经常拆卸时，宜采用（　　）。[大连理工大学2001研]

A．螺栓连接

B．螺钉连接

C．双头螺柱连接

【答案】C

3．具有自锁能力的滑动螺旋传动机构的传动效率为（　　）。[中科院2005研]

A．大于50%

B．小于50%

C．不确定

【答案】B

【解析】自锁能力越好，其传动效率越低。

4．采用螺纹连接时，若被连接件的厚度较大，且材料较软，强度较低，但不需要经常拆卸的情况下，一般宜采用（　　）。[上海交通大学2006研]

A．螺栓连接

B．螺钉连接

C．螺柱连接

D．紧定螺钉连接

【答案】B

【解析】螺栓连接用于连接两个都不太厚的零件的场合；螺柱连接用于被连接键之一太厚且经常拆装的场合；紧定螺钉连接用于用来固定两零件的相对位置，传递不大的力或转矩的场合。

5．连接螺纹常采用（　　）。[浙江大学2005研]

A．三角螺纹

B．矩形螺纹

C．梯形螺纹

D．锯齿形螺纹

【答案】A

【解析】三角螺纹的当量摩擦系数较大，主要用于连接；而矩形螺纹、题型螺纹、锯齿形螺纹主要用于传动。

6．在受预紧力的紧螺栓连接中，螺栓危险截面的应力状态为（　　）。[上海大学2006研]

A．纯扭剪

B．简单拉伸

C．弯扭组合

D．拉扭组合

【答案】D

【解析】在受预紧力的紧螺栓连接中，螺栓内部受到两种应力的作用，预紧力在螺栓上产生的拉应力，螺纹力矩在螺栓上产生的扭转切应力。

7．普通受拉紧螺栓连接，受横向载荷时，螺栓中受（　　）。[华中科技大学2001研]

A．拉应力

B．拉应力和扭应力

C．剪切应力

D．压应力

【答案】B

8．对于紧螺栓连接，当螺栓的总拉力 和残余预紧力不变，若将螺栓由实心变成空心，则螺栓的应力幅与预紧力会发生变化（　　）。[中南大学2005研]

A．增大，应适当减小

B．增大，应适当增大

C．减小，应适当减小

D．减小，应适当增大

【答案】D

【解析】螺栓由实心变成空心，则螺栓刚度减小，应力幅减小。总拉力和残余预紧力不变，说明工作载荷不变，根据公式 ，可知螺栓刚度减小，预紧力增大。

9．承受预紧力和轴向变载荷的螺栓连接，当其螺栓的总拉力的最大值和螺栓的刚度不变时，被连接件的刚度愈小，则（　　）。[华东理工大学2005研]

A．螺栓中的总拉力的变化幅度愈大

B．螺栓中的总拉力的变化幅度愈小

C．螺栓中的总拉力的变化幅度不变

D．螺栓疲劳强度愈高

【答案】A

【解析】螺栓总拉力的变化幅度，为被连接件的刚度。当变小时，变大。

10．下面螺纹连接的防松措施中，属于摩擦防松的是（　　）。[西安交通大学2007研]

A．用串联钢丝将一组螺钉头部串联起来

B．用双螺母

C．用止动垫片

D．用开口销和槽形螺母

【答案】B

【解析】A、C、D均属于机械防松。

三、判断题

1．矩形螺纹用于传动，而普通三角螺纹用于连接。[华南理工大学2006研]

【答案】对

【解析】普通螺纹当量摩擦因数大，自锁性能好，主要用于连接；矩形螺纹效率高，用于传动。

2．三角形螺纹由于当量摩擦系数大，所以是常用的连接螺纹。[北京理工大学2006研]

【答案】对

四、简答题

1．按防松原理螺纹防松的方法可分几类？每一类各举两个具体的防松方法。[哈尔滨工业大学2003研]

答：按放松原理，螺纹防松可分为：

（1）摩擦防松，如弹簧垫圈、双螺母等；

（2）机械防松，如止动垫圈、串联金属丝等；

（3）永久性防松，如点焊或点冲破坏螺纹等。

2．粗牙螺纹和细牙螺纹的强度是否相同？各适用于什么场合？[国防科技大学2001研]

答：粗牙螺纹与细牙螺纹的强度不相同。

（1）粗牙螺纹的强度高，适用于连接、精密测量和调整的场合；

（2）细牙螺纹常用于薄壁零件或细小零件上承受变载、冲击、振动的连接及微调装置中。

3．紧螺栓连接强度计算公式，说明常系数1.3的含义。[东南大学2000研]

答：紧螺栓连接在装配时必须拧紧，螺栓受轴向的预紧力。螺栓内部受到两种应力，预紧力产生的轴向拉应力和螺纹力矩产生的剪应力。根据材料力学塑性材料第四强度理论，可知螺栓的当量应力为

，对于单线三角形螺纹，有。因此，式中的1.3是考虑了单线三角形螺纹的拉伸和扭转的复合状态后得出的。

五、计算题

1．一升降机构如图5-1所示承受载荷Q为100kN,采用梯形螺纹，大径d＝70mm,中径d₂＝65mm,螺距p＝10mm,线数n＝4，螺旋副的当量摩擦系数为0.10。支撑面推力球轴承，升降台的上下移动采用导向滚轮，它们的摩擦阻力近似为零。试计算：

（1）工作台稳定上升时的效率；

（2）工作台稳定上升时所需要的力矩；

（3）若工作台以800mm/min的速度上升，试求：螺杆所需的转速。[上海交通大学2006研]

图5-1

解：（1）根据公式，可得螺纹升角为

根据公式 ，可得当量摩擦角为

故传动效率为

（2）工作台稳定上升时所需要的力矩为

（3）螺纹的导程，即螺纹旋转一周的轴向位移是40mm。故螺杆所需的转速为

2．受轴向力紧螺栓连接的螺栓刚度为C₁＝400000N/mm,被联接件刚度为C₂＝1600000N/mm,螺栓所受预紧力＝8000N,螺栓所受工作载荷F＝4000N。要求：

（1）按比例画出螺栓与被连接件变形关系图（比例尺自定）；

（2）用计算法求出螺栓所受的总拉力F₀和剩余预紧力。[华南理工大学2006研]

解：（1）变形关系图如图5-2所示。

图5-2

（2）根据螺栓的总拉力、预紧力、剩余预紧力和工作载荷之间的图示关系，可得

3．如图5-3所示，一牵曳钩用2个M1的普通螺栓固定在机体上，已知接合面间的摩擦系数f＝0.15，可靠性系数，螺栓材料的机械性能等级为6.6级，需用安全系数[S]＝3，试计算该螺栓组连接允许的最大牵引力[东北大学2004研]

图5-3

解：根据螺栓材料的机械性能等级为6.6级，可知螺栓的屈服极限为

许用拉力

根据普通螺栓的强度条件，可求得螺栓的预紧力为

根据接合面的不滑移条件，可求得允许的最大牵引力为

3．如图5-4所示，有一轴承座，由4个螺栓连接，每个螺栓上的预紧力＝8000N，被连接件刚度为螺栓刚度的5倍（5C₁＝C₂）,试求：

（1）接合面不产生间隙时，轴承座上能承受的极限载荷Q；

（2）螺栓直径d1（螺栓许用应力＝140MPa）。[武汉理工大学2006研]

图5-4

解：（1）要使接合面不产生间隙，须保证剩余预紧力。

根据公式

求得单个螺栓的最大工作载荷为

所以，轴承座上能承受的极限载荷

（2）螺栓的总拉力

根据强度条件，可知螺栓直径为

4．如下图5-5所示受轴向载荷Fz和转矩T作用的法兰座用6只M12的普通螺栓(＝10.106mm)，固定在机体上。已知：螺栓的预紧力；许用拉应力[σ]＝170MPa；分度圆直径D＝180mm，连接的相对刚度，接合面摩擦系数，若取连接的可靠性系数，试求：

（1）法兰座能传递的最大轴向载荷；

（2）法兰座能传递的最大转矩T。[山东大学2005研]

图5-5

解：（1）根据受轴向工作载荷的紧螺栓连接强度条件可知，单个螺栓的最大总载荷为

根据公式，可得单个螺栓的最大轴向工作载荷为

所以法兰座能传递的最大轴向载荷：。

（2）根据法兰座的静力平衡条件，得

故法兰座能传递的最大转矩为

5．一钢板用4个普通螺栓与立柱相连接，其结构尺寸如图5-6所示。钢板悬臂作用一载荷F_P＝20kN,接合面间的摩擦系数f＝0.16，可靠性系数K_f＝1.2,螺栓材料的许用拉伸应力＝120MPa,试计算螺栓组螺栓的小径d₁。[中国地质大学2004研]

图5-6

解：首先进行螺栓组的受力分析。将载荷向螺栓组的形心简化，得到横向载荷

旋转力矩

图5-7

在载荷作用下，螺栓所受的横向载荷为

在旋转力矩T作用下，螺栓所受的横向载荷为

方向如图5-7所示。

由图示可知，1、2螺栓所受载荷最大。两分力的夹角都为45°，由三角形的余弦定理可得合力为

根据接合面不滑移条件，可得单个螺栓所需的预紧力为

根据普通螺栓的强度条件，可得螺栓小径的最小值为

6．一块钢板用4个普通螺栓固定在支架上，螺栓布置有（a）、（b）两种方案，如图5-8所示。已知：螺栓材料为Q235，＝95MPa，接合面间摩擦系数f＝0.15，可靠性系数，载荷，尺寸，。[大连理工大学2004研]

图5-8

（1）试用数值计算结果分析（a）、（b）两种方案哪种螺栓布置方案更合理？

（2）按照上述螺栓合理的布置方案，确定螺栓直径。

解：将载荷向螺栓组的形心O简化，得到

垂直载荷

旋转力矩

　 对于两种方案，在的作用下，根据接合面不滑移条件，每个螺栓处接合面间的摩擦力为

在T作用下，设每个螺栓处接合面间的摩擦力为。

对方案（a），根据

得

方向垂直于螺栓与几何中心连线。

分析可知，右边两螺栓所受摩擦力合力最大，有

对方案（b），根据

得

方向垂直于螺栓与几何中心连线。

分析可知最右边螺栓所受摩擦力合力最大，有

可知，方案（a）更合理。

（2）接合面间的摩擦力是由螺栓预紧力产生的，故螺栓的最大预紧力为

根据普通螺栓的强度条件可知螺栓的最小直径为