螺栓及材料和许用应力

螺栓及材料和许用应力
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
3.6
4.6 4.8
5.6 5.8
6.8
8.8
(≤M16)
8.8
(＞
M16)
9.810.912.9
螺栓、螺钉、螺柱抗拉强度极限
σb /MPa
公称30040050060080080090010001200
min33040042050052060080083090010401220
屈服强度极限
σs /MPa
公称1802403203004004806406407209001080
min1902403403004204806406607209401100
布氏硬度HB min90109113134140181232248269312365推荐材料
10
Q215
15
Q235
10
Q215
25
35
15
Q235
453535
35
45
40Cr
15MnVB
30CrMnSi
15MnVB
相配合螺母
性能级别
4或
5
4或5
4或
5
5568或9
8或
9
91012推荐材料
10
Q215
10
Q215
10
Q215
10
Q215
10
Q215
15
Q215
353535
40Cr
15MnVB
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。

表11-5紧螺栓联接的许用应力及安全系数
许用应力不控制预紧力时的安全系数控制预紧力时的安全系数S
[σ]=σs
/S
直径材料M6～M16M16～M30M30～60不分直径
碳钢合金
钢
4～35～
4
3～24～
2.5
2～
1.3
2.5
1.2～1.5
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
许用应力及安全系数被联接件材料
剪切挤压
许用应力S许用应力S
钢[τ]=σs /S
2.5
[σp]=σs /S 1.25
铸铁[σp]=σb /S2～2.5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
＝1.3
1、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=7200N
2、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。

为了满足第一个条件，应使：在接合面上，由预紧力F'产生的压应力应比与由拉力P产生的拉应力与由弯矩M产生的弯曲应力之和要大。

即由此可求得F'≥13500 N。

并校核是否满足联接的左端不被压溃的条件(一般可以满足，这里略去这一校核)
3、确定螺栓的相对刚度由表11-2，查得相对刚度为
C
1/(C
1
+C
2
)＝0.3
4、计算总拉力
N
5、计算考虑螺纹间的摩擦力矩T1时螺栓所受的当量拉力
＝1.3＝1.3×15660＝20358 N
§11-3 螺旋传动
一、螺旋传动的类型
螺旋传动是用螺杆和螺母传递运动和动力的机械传动，主要用于把旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。

螺旋传动按螺旋副摩擦的性质不同，可分滑动螺旋传动和滚动螺旋传动，滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。

按相对运动关系，螺旋传动常用的运动形式有以下三种：
1、螺杆原位转动、螺母移动，多用于机床进给机构(图11-19a)；
2、螺母固定、螺杆转动和移动，多用于螺旋压力机构中(图11-19b)；
3、螺母原位转动、螺杆移动，用于升降装置(图11-19c)。

图11-19a 螺杆转动，螺母移动
图11-19b 螺母固定，螺杆转、移动
图11-19c 螺母转动，螺杆移动
螺旋按其用途，还可分为传动螺旋、传导螺旋和调整螺旋三种类型。

1、传动螺旋
它以传递动力为主，要求用较小的转矩产生较大的轴向推力。

一般为间歇工作，工作速度不高，而且通常要求自锁，如千斤顶(图11-19c)，搬动手柄对螺杆加一个转矩，则螺杆旋转并产生很大轴向力推力以举起重物。

左右螺旋提升机构也是一个主要的应用。

2、传导螺旋
它以传递运动为主，常要求具有高的运动精度。

一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高。

例如用于机床进给机构的传导螺旋(图11-20)，螺杆旋转，推动螺母连同滑板和刀架作直线运动。

图11-20 机床进给螺旋
3、调整螺旋
它用以调整并固定零件或部件之间的相对位置。

一般不在工作载荷作用下转动，要求能自锁，有时也要求有很高的精度。

例如用于带传动张紧的调整螺旋(图11-21)。

在调整带的张紧力时，先松开螺栓，旋转调整螺旋，把滑轨上的电动机推到所需的位置，然后再将螺栓拧紧。

图11-21 带传动用调整螺旋。