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4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨 1 / 5 4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨 1.引言:国标和机械设计手册只规定了8.8级及以上螺栓的抗昀小破坏扭矩,而实际上目前使用昀广泛的确实4.8级的螺栓,经常会碰到螺栓在紧固过程中别扭断的情况,却无法判断是螺栓质量的原因还是操作不当的原因,此文希望抛砖引玉,探讨解决常用4.8级螺栓的昀小破坏扭矩问题。2.分析:方法一:计算法根据GB3098.13,昀小破坏扭矩的计算公式如下所示:d1min的数值见如下所示(摘自机械设计手册,此处只列举部分的值,其他的值可以查询化学工业出版社的机械设计手册第五版第二卷表5-1-5):4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨 2 / 5 图1τ为抗剪强度,又称剪切强度,材料产生剪断时的极限强度。抗剪强度是指外力与材料轴线垂直,并对材料呈剪切作用时的强度极限,反映材料抵抗剪切滑动的能力,在数值上等于剪切面上的切向应力值,即剪切面上形成的剪切力与破坏面积之比。分单剪和双剪两种形式,在双剪的情况下,破坏面积是试件横截面积的两倍。螺栓等效于轴,在工程上要求圆轴扭转时的昀大切应力不得超过材料的许用切应力,〔τ〕即τmax=(T/WP)max≦〔τ〕上式成为圆轴扭转强度条件。抗扭截面系数为:WP=IP/(D/2)=(πD4/32)/(D/2)=πD3/16这个跟前面讲的GB3098.13中的公式是一致的。试验证明,许用剪应力与许用拉应力的关系如下: 对于塑性材料[τ]=0.6~0.8[σ];对于脆性材料[τ]=0.8~1.0[σ]4.8级的螺栓材料一般是Q235钢,钢材是塑性材料,其许用拉伸应力[σ]与抗拉强度极限、屈服强度极限的关系如下:4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨 3 / 5 对于塑性材料[σ]=σs/n;对于脆性材料[σ]=σb/n,其中σs—屈服强度极限,σb—抗拉强度极限,n—安全系数。钢材螺纹链接的安全系数一般是1.2-1.7,n取1.2,按机械设计手册,查询4.8级螺栓的屈服强度σs为340Mpa,抗拉强度σb为420Mpa,如下表所示,(摘自化学工业出版社的机械设计手册第五版第二卷表5-1-69):因此,[τ]的值如下:[τ]=0.7x[σ]=0.8x(340/1.2)=226.7Mpa=2.267x108PaX=[τ]/σb=226.7/420=0.54按照上面的公式,为方便计算和验证,我们下面以4.8级的M8的螺栓为例,根据图1右边的表中,查得M8的小径d1为6.647mm,M8螺栓的昀小极限扭矩MBmin的值如下:MBmin=τBminxWPmin=τx(π/16xd1min3)=2.267x108x[3.142/16x(6.647x10-3)]3=13.07N.m上面的计算看,4.8级的M8螺栓的昀小紧固扭矩是13N.m,而实际上,M8的螺栓在做扭矩破坏试验时,其破坏扭矩在22~26N.m之间,所以上述的计算太过于保守,跟实际差距很大,因此方式不合理。4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨 4 / 5 方法二:类比分析法根据GB3098.13中表1的强度比X的分析,随着随着螺栓性能等级的增加,比值X时递减的。螺栓等级的第一个值表示的抗拉强度,根据《GBT3098.1-2010紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》表3所示(摘录如下),其抗拉强度是成比例增加的。把4.8级的强度比用X代替,那么几种常见等级抗拉强度与强度比如下表所示。性能等级4.88.89.810.912.9抗拉强度(Mpa)40080090010001200强度比XX0.840.8150.790.75从上表来分析,强度每增加100,强度比大约减少0.025,因此,根据这种逻辑,可以推算4.8级的强度比X=0.94。那么,4.8级M8螺栓的昀小破坏力矩:MBmin=τBminxWPmin=Xxσbminx(π/16xd1min3)=4.0x108x0.94x[3.142/16x(6.647x10-3)]3=21.68N.m这跟M8的测试破坏扭矩在22~26N.m之间是符合的,因此判断此方式合理。按此方法,常用的4.8级粗牙螺栓/螺钉的昀小破坏力矩计算结果如下表所示。4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨 5 / 5 4.8级粗牙螺栓/螺钉的最小破坏力矩螺纹规格M34568101216最小径(mm)2.4593.2424.1344.9176.6478.37610.10613.835最小破坏扭矩(N.m)1.10 2.52 5.22 8.78 21.68 43.39 76.21 195.53 3.结论:因为我们的常用紧固力矩远远小于螺栓本身能承受的极限扭矩,因此,此方法只能用于判断是螺栓来料问题还是操作不当的原因,不能作为精确的承载受力计算。
本文标题:4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨
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