4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨

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1、4.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨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级及以上螺栓的抗最小破坏扭矩，而实际上目前使用最广泛的确实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级螺栓的最小破坏扭矩问题。2.分析：方法一：计算法根据GB3098.13，最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）：

2、1/54.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨图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最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)=πD

3、3/16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：2/54.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨对于塑性材料[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

4、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螺栓的最小极限扭矩MBmin的值如下：MBmin=τBminxWPmin=τx(π/16xd1min3）=2.267x108x[

5、3.142/16x（6.647x10-3）]3=13.07N.m上面的计算看，4.8级的M8螺栓的最小紧固扭矩是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。3/54.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨方法二：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

6、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螺栓的最小破坏力矩：MBmin=τBminxWPmin=Xxσbminx(π/16xd1min3）=4.0x108x0.94x[3.142/16x（6.647x10-3）]3=21.68N.m这跟M

7、8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/螺钉的最小破坏力矩计算结果如下表所示。4/54.8级粗牙螺栓最小破坏扭矩探讨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)1.102.525.228.7821.6843.3976.21195.533.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

8、是操作不当的原因，不能作为精确的承载受力计算。5/5