螺栓的材料和许用应力
螺栓的许用剪切应力
实际分布规律较为困难。因此在工程实际中，做出一些假设进行简化计算，称为实用计 算，或假定计算。假设应力在剪切面内是均匀分布的，若 A 为剪切面面积，则应力为： Q τ= （18-1） A
τ 与剪切面相切，故为剪应力。以上计算是以假设剪应力在剪切面内均匀分布为基
础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均应力” ，所以也称为名义剪应力。其值与剪 切面上的最大剪应力大致相等。
根据（18-6）式得：
τ=
P ≤ [τ h ] 0 . 7t ∑ l f
∑l f =
170 × 10 3 P = = 0.34(m) = 340mm 0.7t[τ h ] 0.7 × 6 × 10 −3 × 120 × 10 6
又 ∑ l f = 2(l − 10) ，所以两侧实际焊缝长度各为 ：
l= ∑l f 2 + 10 = 170 + 10 = 180 mm
二、挤压实用计算
在第一节中已讲过，联接件除承受剪切外，在联接件和被联接件的接触面上还将承 受挤压。所以对上面的联接件还要进行挤压强度计算。 把作用在螺栓挤压面上的压力称为挤压力，用 P 表示，用 A jy 表示挤压面面积。挤 压面上单位面积内承受的挤压力称为挤压应力，用 σ jy 表示。在工程上也采用类似剪切
38
思 18-1 18-2 18-3
考
题
何谓剪切？剪切变形的特征是什么？ 单剪与双剪，挤压与压缩有什么区别？ 何谓实用计算？连接件用使用计算方法进行强度设计是否安全可靠？ 习 题
18-1
试校核图示联接销钉的剪切强度。已知 P=100MPa，销钉直径 d=30mm，材
料的许用剪应力 [τ ] =60MPa，若强度不够，应改用多大直径的销钉？
螺栓强度计算公式
4F d12
Cb Cb Cm
合金钢螺栓
σ=（0.65-0.78）σs+
4F d12
Cb Cb Cm
许用拉应力： [σ]=
s
S
注：σ≤[σ] 2.受轴向载荷为变载荷时：
需要满足两个条件：
碳素钢螺栓 1
合金钢螺栓
σ=（0.78-0.91）σs+ 4F Cb ≤
[σ]
d12 Cb Cm
σ=（0.65-0.78）σs+ 4F Cb ≤
铜皮石棉
35 170-220
橡胶
45 190-250
Cb Cb Cm
0.2-0.3
0.7
0.8
0.9
（过盈配合）
配合）
拉伸强度
变载荷
M30～M60 6.5～10 5～7.5
接
制螺纹Kt=1，搓制螺纹Kt=1.25
30 0.65
36
42
48
56
64
0.64
0.6
0.57 0.54 0.53
15MnVB
ห้องสมุดไป่ตู้
注：σ≤[σ]
不控制预紧力时安全系数如下表所示：
材料类别
碳钢 合金钢
M6～M16 4～3 5～4
静载荷 M16～M30
3～2 4～2.5
碳素钢螺栓 合金钢螺栓
QP≤（0.6-0.7）σsA σs：材料的屈服极限
A≈ d12
QP≤（0.5-0.6）σsA
4
M30～M60 2～1.3 2.5
M6～M16 10～6.5 7.5～5
合金钢
许用应力计算： [σ]=
s Ss （1.21.7）
应力计算：
螺栓的材料和许用应力
螺栓的材料和许用应力六、螺栓的材料和许用应力(1)螺栓材料常用材料：Q215、Q235、25和45号钢，对于重要的或特殊用途的螺纹联接件，可选用15Cr ，20Cr，40Cr，15MnVB，30CrMrSi等机械性能较高的合金钢。
(2)许用应力螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷) 、联接是否拧紧，预紧力是否需要控制以及螺纹联接件的材料、结构尺寸等因素有关。
精确选定许用应力必须考虑上述各因素，设计时可参照表11-4选择。
表11-4 螺栓、螺钉、螺柱、螺母的性能等级性能级别3.64.6 4.85.6 5.86.8 8.8(≤M16)8.8(＞M16)9.8 10.9 12.9螺栓、螺钉、螺柱抗拉强度极限σb/MPa公称300 400 500 600 800 800 900 1000 1200 min 330 400 420 500 520 600 800 830 900 1040 1220屈服强度极限σs/MPa公称180 240 320 300 400 480 640 640 720 900 1080 min 190 240 340 300 420 480 640 660 720 940 1100布氏硬度min 90 109 113 134 140 181 232 248 269 312 365注：9.8级仅适用于螺纹公称直径≤16mm 的螺栓、螺钉和螺柱。
表11-5紧螺栓联接的许用应力及安全系数注：松螺栓联接时，取：[σ]=σs/S，S=1.2～1.7。
表11-6 许用剪切和挤压应力及安全系数例11-1 如例图11-1所示，一铸铁吊架用两个螺栓固紧在混凝土梁上。
吊架所承受的静载荷为P=6000 N，吊架底面尺寸及其它有关尺寸如图所示。
试求受力最大的螺栓所受的拉力。
解：该螺栓联接属受轴向载荷的普通螺栓联接(受拉螺栓联接)，螺栓受拉力和螺纹间的摩擦力矩的作用。
若将增加30%以考虑的影响，则可认为螺栓所受的当量拉力为＝1.31、计算受力最大的螺栓所受的轴向工作载荷：F＝P/2+PL/500＝6000/2+6000×350/500=7200N2、预紧力F' 的大小应能满足下面两个条件：受弯矩M=PL作用后，联接的右端不出现间隙；受弯矩M=PL作用后，联接的左端不被压溃。
不锈钢螺栓标准
不锈钢和碳钢螺栓在等级的划分与标识方法有区别碳钢螺栓的等级分为3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，小数点前后的数字分别表示螺栓材料的公称抗拉强度和屈强比，例如：标记8.8级螺栓表示材料的抗拉强度达到800MPa,屈强比为0.8即其屈服强度达到800X0.8=640MPa；不锈钢螺栓的等级分为45、50、60、70、80，材料主要分奥氏体A1、A2、A4，马氏体和铁素体C1、C2、C4，其表示方法例如A2-70，“--”前后分别表示螺栓材料和强度等级。
螺栓的材料和许用应力(1)螺栓材料常用材料：Q215、Q235、25和45号钢，对于重要的或特殊用途的螺纹联接件，可选用15Cr ，20Cr，40Cr，15MnVB，30CrMrSi等机械性能较高的合金钢。
2)许用应力螺纹联接件的许用应力与载荷性质(静、变载荷) 、联接是否拧紧，预紧力是否需要控制以及螺纹联接件的材料、结构尺寸等因素有关。
精确选定许用应力必须考虑上述各因素，设计时可参照表11-4选择。
表11-4 螺栓、螺钉、螺柱、螺母的性能等级3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.8 8.8 (≤M16) 8.8 (＞M16) 9.8 10.9 12.9 螺栓螺钉、螺柱抗拉强度极限sb /MPa 公称300 400 500 600 800 800 900 1000 1200 min 330 400 420 500 520 600 800 830 900 1040 1220 屈服强度极限ss /MPa 公称180 240 320 300 400 480 640 640 720 900 1080 min 190 240 340 300 420 480 640 660 720 940 1100 布氏硬度HB min 90 109 113 134 140 181 232 248 269 312 365 推荐材料10 Q215 15 Q235 10 Q215 25 35 15 Q235 45 35 35 35 45 40Cr 15MnVB 30CrMnSi 15MnVB 相配合螺母性能级别4或5 4或5 4或5 5 5 6 8或9 8或9 9 10 12 推荐材料10 Q215 10 Q215 10 Q215 10 Q215 10 Q215 15 Q215 35 35 35 40Cr15MnVB 30CrMnSi 15MnVB 注：9.8级仅适用于螺纹公称直径≤16mm 的螺栓、螺钉和螺柱。
地脚螺栓许用应力安全系数
地脚螺栓许用应力安全系数地脚螺栓是一种常用的连接元件，用于将机械设备或结构固定在地基上，承受外部荷载。
在工程中，地脚螺栓的许用应力安全系数是一个重要的指标，它能够保证连接的可靠性和安全性。
许用应力安全系数是指地脚螺栓在正常工作状态下能够承受的最大应力与其允许的最大应力之比。
这个系数越大，代表地脚螺栓的安全性越高。
通常情况下，地脚螺栓的许用应力安全系数应大于1.5，以确保连接的可靠性。
地脚螺栓的许用应力安全系数与材料强度、应力分布、工作环境等因素密切相关。
首先，材料的强度决定了地脚螺栓能够承受的最大应力。
常见的地脚螺栓材料有碳钢、合金钢等，它们具有不同的强度特性。
在选择地脚螺栓时，要根据实际工作情况和要求来确定合适的材料。
地脚螺栓的应力分布也会对许用应力安全系数产生影响。
地脚螺栓通常通过螺栓杆与地基相连，承受着拉力和剪力。
在正常工作状态下，地脚螺栓的应力应该均匀分布在螺栓杆上，避免集中应力造成的断裂或变形。
因此，在设计和安装地脚螺栓时，需要合理确定螺栓的数量、布置和间距，以保证应力分布的均匀性。
工作环境也是影响地脚螺栓许用应力安全系数的重要因素。
不同的工作环境会对地脚螺栓产生不同的外部荷载，如震动、冲击、温度变化等。
这些外部荷载会导致地脚螺栓产生额外的应力，从而影响其安全性。
因此，在设计和选择地脚螺栓时，要考虑到工作环境的特点，确保地脚螺栓能够适应外部荷载的变化。
地脚螺栓的许用应力安全系数是保证连接可靠性和安全性的重要指标。
在工程实践中，我们要根据实际情况合理选择地脚螺栓的材料、设计和安装方式，并考虑到工作环境的影响，以保证地脚螺栓能够承受外部荷载并保持稳定。
只有在许用应力安全系数大于1.5的情况下，我们才能放心使用地脚螺栓，确保工程的安全和可靠运行。
机械设计第十章课后习题答案详解
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。
许用应力表
設計温度 螺栓材料 材料的许用应力 （ 常温 ） 材料的许用应力 （ 設計温度 ）
110 ≦20 Q235-A 8Pa]
螺 柱 许 用 应 力
ｔ ［σ］b ［σ］bｔ
設計温度 高合金钢板材料 材料的许用应力 （ 常温 ） 材料的许用应力 （ 設計温度 ）
碳 钢 素 板 钢 许 低 用 合 应 金 力 钢
ｔ ［σ］b ［σ］bｔ
設計温度 锻件材料 材料的许用应力 （ 常温 ） 材料的许用应力 （ 設計温度 ）
370 高应力 0Cr18Ni9 137.0 109.4
[℃]
[MPa] [MPa]
锻 件 许 用 应 力
ｔ ［σ］b ［σ］bｔ
設計温度 钢管材料 材料的许用应力 （ 常温 ） 材料的许用应力 （ 設計温度 ）
345 GB8163 20 130.0 92.9
[MPa] [MPa]
钢 管 许 用 应 力
110 低应力 0Cr18Ni9 137.0 111.8
[℃]
[MPa] [MPa]
高 合 金 应钢 力板 许 用
ｔ ［σ］b ［σ］bｔ
設計温度 碳素钢低合金钢钢板材料 材料的许用应力 （ 常温 ） 材料的许用应力 （ 設計温度 ）
110 6~16 20R 133.0 132.8
[℃]
[MPa] [MPa]
地脚螺栓许用应力
地脚螺栓许用应力
地脚螺栓是一种连接结构，通常用于固定建筑物或机械设备的基础。
地脚螺栓的许用应力指的是该连接结构所能承受的最大应力值，超过这个值会导致螺栓结构破坏或失效。
地脚螺栓的许用应力需要考虑到多个因素，如材料强度、螺栓直径、螺栓长度、螺栓的安装和使用环境等。
一般来说，地脚螺栓的许用应力应该符合国家和地区的相关标准和规范，以确保连接结构的安全可靠。
在实际应用中，地脚螺栓的许用应力还需要考虑到动载荷和静载荷的影响。
动载荷指的是随着时间变化而产生的载荷，如风荷载、震荡等；静载荷指的是静止不变的载荷，如自身重量、外部负载等。
由于地脚螺栓对不同类型载荷的承受能力不同，因此在计算许用应力时需要分别考虑。
总之，地脚螺栓的许用应力是一个重要的技术指标，对于保证连接结构的安全和可靠起着至关重要的作用。