弹簧的材料与许用应力
螺栓组受力分析与计算..
螺栓组受力分析与计算 一．螺栓组联接的设计 设计步骤： 1．螺栓组结构设计 2．螺栓受力分析 3．确定螺栓直径 4．校核螺栓组联接接合面的工作能力 5．校核螺栓所需的预紧力是否合适 确定螺栓的公称直径后，螺栓的类型，长度，精度以及相应的螺母，垫圈等结构尺寸，可根据底板的厚度，螺栓在立柱上的固定方法及防松装置等全面考虑后定出。 1. 螺栓组联接的结构设计 螺栓组联接结构设计的主要目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置形式，力求各螺栓和联接接合面间受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几方面的问题： 1）联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状，如圆形，环形，矩形，框形，三角形等。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证接合面受力比较均匀。 2）螺栓的布置应使各螺栓的受力合理。对于铰制孔用螺栓联接，不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均。当螺栓联接承受弯矩或转矩时，应使螺栓的位置适当靠近联接接合面的边缘，以减小螺栓的受力（下图）。如果同时承受轴向载荷和较大的横向载荷时，应采用销，套筒，键等抗剪零件来承受横向载荷，以减小螺栓的预紧力及其结构尺寸。 接合面受弯矩或转矩时螺栓的布置
3）螺栓排列应有合理的间距，边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。扳手空间的尺寸（下图）可查阅有关标准。对于压力容器等紧密性要求较高的重要联接，螺栓的间距t0不得大于下表所推荐的数值。 扳手空间尺寸 螺栓间距t0 注：表中d为螺纹公称直径。 4）分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4，6，8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。同一螺栓组中螺栓的材料，直径和长度均应相同。 5）避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构上设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件，螺母和螺栓头部的支承面平整，并与螺栓轴线相垂直。对于在铸，锻件等的粗糙表面上应安装螺栓时，应制成凸台或沉头座（下图1）。当支承面为倾斜表面时，应采用斜面垫圈（下图2）等。
碳钢螺栓的等级分为3
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 40Cr
钢铁材料的许用应力
表1 普通碳钢及优质碳钢构件基本许用应力/MPa 材 料类型材料 标号 截面尺寸 /mm 热处 理 材料性能拉压弯曲扭转剪切 抗拉强度σb 屈服强度σs /MPa ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ σlσlσlστnτnτnτττ 普通碳钢Q215 100 热 扎 σb335～410 σs185～215 145 125 90 175 95 90 60 100 90 60 Q235 σb375～460 σs205～235 160 140 100 190 160 120 105 σσ110 100 70 Q275 σb490～610 σs235～275 175 150 110 210 170 130 115 140 105 120 110 80 优质碳钢20 ≤100 正 火 σb410 σs245 175 145 105 210 165 125 115 105 70 120 105 75 25 σb450 σs275 195 160 115 230 175 135 125 115 75 135 120 80 35 σb530 σs315 210 180 125 250 200 150 135 120 80 145 120 85 调质σb550～750 σs320～370 210 185 130 250 205 155 135 125 85 145 120 85 45 正火σb600 σs355 230 200 145 270 220 170 150 135 90 160 140 95 调质σb630～800 σs370～430 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 50 ≤25 正火σb630 σs375 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 ≤100 调质σb＞700 σs＞400 265 235 165 310 260 195 170 155 105 180 160 110
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 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 [s]=ss /S 直径材料M6～M16 M16～M30 M30～60 不分直径碳钢合金钢4～35～4 3～24～2.5 2～1.32.5 1.2～1.5 注：松螺栓联接时，取：[s]=ss/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[t]=ss /S 2.5 [sp]=ss /S 1.25 铸铁[sp]=sb /S 2～2.5 d=A* 3 √N/n 3是开3次方d:轴直径cm N：输入功率Kw n：轴的转速r/min A: 系数45钢11.8~10.7 40Cr 10.7~9.8 302HQ （0Cr18Ni9Cu3）-主要用于自攻钉； SUS304（0Cr18Ni9 -也就是常说的A2，主要用于普通不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制造，强度等级一般螺栓为70； SUS 316（0Cr18Ni12Mo2）、SUS 316L（00Cr17Ni14Mo2）-也就是常说的A4主要用于高耐腐蚀性不锈钢螺栓、螺钉、垫圈、螺母的制造，强度等级一般螺栓为70，也可达到高强度等级80。 强度等级 ,A代表奥氏体，"2代表第2种材料(其实2就是指304),-70代表强度等级是700MPa. 常见的材料就是A2和A4,分别是304和316材质，但只要能保证力学性能,化学成分可已出入一些.常见的等级有A2-60(基本不用了) A2-70 A2-80(少见) ，A4-70 ，A4-80 ，A4-90(目前国内好象还生产不了)
材料的许用应力和安全系数
第四节 许用应力·安全系数·强度条件 由脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小时就会突然断裂，脆性材料断裂时的应力即强度极限σb ；塑性材料制成的构件，在拉断之前已出现塑性变形，在不考虑塑性变形力学设计方法的情况下，考虑到构件不能保持原有的形状和尺寸，故认为它已不能正常工作，塑性材料到达屈服时的应力即屈服极限σs 。脆性材料的强度极限σb 、塑性材料屈服极限σs 称为构件失效的极限应力。为保证构件具有足够的强度，构件在外力作用下的最大工作应力必须小于材料的极限应力。在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n （称为安全系数），作为构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力，以[σ]表示。对于脆性材料，许用应力 b b n σσ= ][ （5-8） 对于塑性材料，许用应力 s s n σσ= ][ （5-9） 其中b n 、s n 分别为脆性材料、塑性材料对应的安全系数。 安全系数的确定除了要考虑载荷变化，构件加工精度不同，计算差异，工作环境的变化等因素外，还要考虑材料的性能差异（塑性材料或脆性材料）及材质的均匀性，以及构件在设备中的重要性，损坏后造成后果的严重程度。 安全系数的选取，必须体现既安全又经济的设计思想，通常由国家有关部门制订，公布在有关的规范中供设计时参考，一般在静载下，对塑性材料可取0.2~5.1=s n ；脆性材料均匀性差，且断裂突然发生，有更大的危险性，所以取0.5~0.2=b n ，甚至取到5~9。 为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力小于材料的许用应力，即 ][max max σσ≤=A N （5-10） 上式就是杆件受轴向拉伸或压缩时的强度条件。根据这一强度条件，可以进行杆件如下三方面的计算。 1．强度校核 已知杆件的尺寸、所受载荷和材料的许用应力，直接应用（5-10）式，
钢铁材料许用应力
表1 普通碳钢及优质碳钢构件基本许用应力 /MPa 材 料类型材料 标号 截面尺寸 /mm 热处 理 材料性能拉压弯曲扭转剪切 抗拉强度σ b 屈服强度σs /MPa ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ σlσlσlσσστnτnτnτττ 普通碳钢Q215 100 热 扎 σb335～410 σs185～215 145 125 90 175 140 105 95 90 60 100 90 60 Q235 σb375～460 σs205～235 160 140 100 190 160 120 105 95 65 110 100 70 Q275 σb490～610 σs235～275 175 150 110 210 170 130 115 105 70 120 110 80 优质碳钢20 ≤100 正 火 σb410 σs245 175 145 105 210 165 125 115 105 70 120 105 75 25 σb450 σs275 195 160 115 230 175 135 125 115 75 135 120 80 35 σb530 σs315 210 180 125 250 200 150 135 120 80 145 120 85 调质σb550～750 σs320～370 210 185 130 250 205 155 135 125 85 145 120 85 45 正火σb600 σs355 230 200 145 270 220 170 150 135 90 160 140 95 调质σb630～800 σs370～430 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 50 ≤25 正火σb630 σs375 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 ≤100 调质σb＞700 σs＞400 265 235 165 310 260 195 170 155 105 180 160 110
螺栓强度计算.doc
15.2.1 单个螺栓连接的强度计算 螺纹连接根据载荷性质不同，其失效形式也不同：受静载荷螺栓的失效多为螺纹部分的塑性变形或螺栓被拉断；受变载荷螺栓的失效多为螺栓的疲劳断裂；对于受横向载荷的铰制孔用螺栓连接，其失效形式主要为螺栓杆剪断，栓杆或被连接件孔接触表面挤压破坏；如果螺纹精度低或连接时常装拆，很可能发生滑扣现象。 螺栓与螺母的螺纹牙及其他各部分尺寸是根据等强度原则及使用经验规定的。采用标准件时，这些部 ，然后按照标准选定螺纹公称直分都不需要进行强度计算。所以，螺栓连接的计算主要是确定螺纹小径d 1 径（大径）d，以及螺母和垫圈等连接零件的尺寸。 1. 受拉松螺栓连接强度计算 松螺栓连接装配时不需要把螺母拧紧，在承受工作载荷前，除有关零件的自重（自重一般很小，强度计算时可略去。）外，连接并不受力。图15.3所示吊钩尾部的连接是其应用实例。当螺栓承受轴向工作载荷 F (N)时，其强度条件为 (15-6) （15-7） 或 ——螺纹小径，mm； 式中： d 1 [σ]——松连接螺栓的许用拉应力，Mpa。见表 15.6。 图15.3 2. 受 拉 紧 螺 栓 连 接 的 强 度 计 算 根
所受拉力不同，紧螺栓连接可分为只受预紧力、受预紧力和静工作拉力及受预紧力和变工作拉力三
。 ①只受预紧力的紧螺栓连接 右图为靠摩擦传递横向力F 的受拉螺栓连接，拧紧螺母后，这时
栓杆除受预紧力F`引起的拉应力σ=4 F` /π 2 d 1外，还受到螺纹力矩T1引起的扭转切应力：
对于螺栓 故螺栓 或 式 ② 受 预 紧 力 和 工 作 载 荷 的 紧 螺 栓 连 接 。 图 15 .5 所 示 压 力 容 器
螺纹连接件的材料和许用应力
机械设计基础课程教案 授课时间第14 周周第 28 节课次 2 授课方式（请打√）理论课□讨论课□实验课□习题课□ 其他□ 课时 安排 2 授课题目：螺栓组连接 1.螺纹连接件的材料和许用应力 2.提高螺栓联接强度的措施 3.滑动螺旋传动简介螺纹联接的预紧和防松 主要教学方法与手段教学方法： 教学手段：多媒体教学，结合工程实际分组讨论 本课次教学目的、要求： 1.熟悉螺纹连接件的材料和许用应力 2.了解提高螺纹联接强度的常用措施和螺旋传动的设计 教学重点及难点： 重点：提高螺栓联接强度的措施。 难点：提高螺栓联接强度的措施。 教学基本内容及过程 一、螺纹连接件的材料和许用应力 1、螺纹连接件的材料 一般条件下，螺纹连接件的常用材料为低碳钢和中碳钢，如Q215、Q235、15、35和45钢，受冲击、振动和变载荷作用的螺纹连接件可采用合金钢，如15Cr、40Cr、30CrMnSi和15CrVB等；有腐蚀、防磁、导电、耐高温等特殊要求时采用1Cr13、2Cr!3、CrNi2等。螺纹连接件的常用材料的力学性能见表7－7。 2、螺纹连接的许用应力 螺纹连接的许用应力见表7－8。 二、提高螺栓联接强度的措施 1、改善螺纹牙间载荷分布不均状况 a) 悬置螺母——强度↑40%（母也受拉，与螺栓变形协调，使载荷分布均匀）
b) 环槽螺母——强度↑30%（螺母接近支承面处受拉） c) 内斜螺母——强度↑20%（接触圈减少，载荷上移） d) （b ）(c)结合螺母——强度↑40% e) 不同材料匹配——强度↑40% 2、降低螺栓应力幅（a ） 3、减小应力集中 螺纹牙根、收尾、螺栓头部与螺栓杆的过渡处等均可能产生应力集中。 1）加大过渡处圆角 2）改用退刀槽↑20~40%（螺纹收尾处） 3）卸载槽 4）卸载过渡结构。 4、采用合理的制造工艺 1）用挤压法（滚压法）制造螺栓，疲劳强度↑30~40% 2）冷作硬化，表层有残余应力（压）、氰化、氮化、喷丸等。可提高疲劳强度 3）热处理后再进行滚压螺纹，效果更佳，强度↑70~100%，此法具有优质、高产、低消耗功能。 4）控制单个螺距误差和螺距累积误差。 三、 滑动螺旋传动简介 螺旋传动是利用由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力的场合。 1、螺旋传动的类型 1）传力螺旋——举重器、千斤顶、加压螺旋。特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、自锁 2）传导螺旋——机床进给汇杠—传递运动和动力，特点：速度高、连续工作、精度高 3）调整螺旋——机床、仪器及测试装置中的微调螺旋。其特点是受力较小且不经常转动 按摩擦副的性质分： 1）滑动螺旋：构造简单、传动比大，承载能力高，加工方便、传动平稳、工作可靠、易于自锁。
ASME规范规范材料材料性能许用应力
ASME规范规范材料材料性能许用应力 ASME锅炉压力容器规范每三年改版一次，2004版规范在去年的8月已经公布。笔者对照上一版本（含增补），在《ASME在中国》2004 期上撰文《关于2004年版ASME规范第II卷的A篇和D篇的翻译及与2001年版差异的说明》，向读者介绍了第II卷的A篇《铁基材料》新版本的总体变动情况，本文将从6个方面具体介绍第II卷的D篇《材料性能》。 笔者在翻译2004版第II卷的D篇的过程中，与2001年版相比，发现第II卷的D篇在各卷册中变动最大。 通常了解规范各卷内容变更的方法是查阅卷前的“变更一览表”，而第II卷D篇新改版不提供“变更一览表”，只有在后2年发布规范“增补”时才能见到。尽管第II卷D篇每次增补变动量也不小，但总体上仅仅是页数的变化、各应力表格中钢种的增有减，以及对个别钢材的应力值的调整。而2004版D篇的变动已经远远超出这种程度，本人认为，造成2004版第II卷D篇发生很大变动的主要原因有以下几点： 1) 2001版的II卷D篇出了2种单位制的版本，即美国习惯单位版本和公制单位版本。在公制单位版本中，无论是规格尺寸或厚度、长度尺寸，还有最大许用应力值S和设计应力强度值Sm、各个温度下材料的抗拉强度和屈服强度值，以及对于材料的物理性能数据，都采用公制单位（SI单位）。首先，温度值不再使用华氏温度℉，而改变为摄氏温度℃；应力值或强度值不再使用psi或ksi，而改用MPa。因此，在2004版第II卷D篇的名称上还特地示出为：“PART-D ---- PROPERTIES（Metric）”。在长达近百年的ASME 规范的出版历程中，出版使用国际单位（SI）制的材料性能数据还是首次。 2) 2004年版第II卷的D篇第一次针对规范第XII卷《运输罐的建造和连续使用规则》，给出了在设计锅炉及压力容器中所须引用到的规范规定材料的最大许用应力值S以及在规范产品上使用这些材料的过程中需要引用的“注解”。这是由于从2004版开始，第XII卷从原来由美国交通部管理转由ASME管理。 3) 在D篇三个分篇中的第一分篇和第二分篇之前，都新增加了一份“前言”。在新增加的“前言”中不仅概述了分篇中的内容组成，还对如何应用作了提示。 4) 对规范本文之后附加的附录，按“强制性”和“非强制性”进行区分。强制性附录按阿拉伯数字排列，而非强制性附录按英文字母排列。2001版原有的附录6在2004版中改为非强制性附录A。在附录7《材料的多重性标志》之后，新增加了附录9《公式中使用的标准单位》。 5) 新增加了非强制性附录－B，《在应力表格和在力学性能和物理性能表格中查找材料》。 6)新增加了非强制性附录－C，《在锅炉及压力容器规范中使用美国习惯单位和国际单位制的导则》，对于“单位换算”上的规则作出了明确的说明。 此外还将在设计锅炉及压力容器的过程中，所须引用到的规范规定材料的最大许用应力值S和设计应力强度值Sm，材料的各种物理特性数据以及受外压或压缩载荷作用下确定部件壳体厚度用的线算图都收在第II卷的D篇中，这些都是锅炉及压力容器设计的重要依据。下面针对上述6个方面的变动作进一步的说明： 一、关于由原英制单位改用公制单位（SI单位）的说明： 这里，以近年来在锅炉及压力容器的设计中广泛应用的、公称成分为“9Cr-1Mo-V”的SA-213 T91的无缝管子为例加以说明。 在2001版的D篇中第一分篇的应力表－“表1A”中，对于该材料在不同温度下的许用应力值，读者可从2001版D篇的中译本第38页到41页的第30行查知。按华氏温度从900℉至1200℉的温度区间、并以ksi为单位所给出的许用应力值，如下：
材料的许用应力和安全系数
由脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小时就会突然断裂，脆性材料断裂时的应力即强度极限σb；塑性材料制成的构件，在拉断之前已出现塑性变形，在不考虑塑性变形力学设计方法的情况下，考虑到构件不能保持原有的形状和尺寸，故认为它已不能正常工作，塑性材料到达屈服时的应力即屈服极限σs。脆性材料的强度极限σb、塑性材料屈服极限σs称为构件失效的极限应力。为保证构件具有足够的强度，构件在外力作用下的最大工作应力必须小于材料的极限应力。在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n（称为安全系数），作为构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力，以[σ]表示。对于脆性材料，许用应力 （5-8） 对于塑性材料，许用应力 （5-9）其中、分别为脆性材料、塑性材料对应的安全系数。 安全系数的确定除了要考虑载荷变化，构件加工精度不同，计算差异，工作环境的变化等因素外，还要考虑材料的性能差异（塑性材料或脆性材料）及材质的均匀性，以及构件在设备中的重要性，损坏后造成后果的严重程度。 安全系数的选取，必须体现既安全又经济的设计思想，通常由国家有关部门制订，公布在有关的规范中供设计时参考，一般在静载下，对塑性材料可取；脆性材料均匀性差，且断裂突然发生，有更大的危险性，所以取，甚至取到5~9。 为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力小于材料的许用应力，即 （5-10）上式就是杆件受轴向拉伸或压缩时的强度条件。根据这一强度条件，可以进行杆件如下三方面的计算。 1．强度校核已知杆件的尺寸、所受载荷和材料的许用应力，直接应用（5-10）式，验算杆件是否满足强度条件。 2．截面设计已知杆件所受载荷和材料的许用应力，将公式（5-10）改成，由强度条件确定杆件所需的横截面面积。
材料的许用应力和安全系数
第四节 许用应力·安全系数·强度条件 由脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小时就会突然断裂，脆性材料断裂时的应力即强度极限σb ；塑性材料制成的构件，在拉断之前已出现塑性变形，在不考虑塑性变形力学设计方法的情况下，考虑到构件不能保持原有的形状和尺寸，故认为它已不能正常工作，塑性材料到达屈服时的应力即屈服极限σs 。脆性材料的强度极限σb 、塑性材料屈服极限σs 称为构件失效的极限应力。为保证构件具有足够的强度，构件在外力作用下的最大工作应力必须小于材料的极限应力。在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n （称为安全系数），作为构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力，以[σ]表示。对于脆性材料，许用应力 （5-8） 对于塑性材料，许用应力 （5-9） 其中、分别为脆性材料、塑性材料对应的安全系数。 安全系数的确定除了要考虑载荷变化，构件加工精度不同，计算差异，工作环境的变化等因素外，还要考虑材料的性能差异（塑性材料或脆性材料）及材质的均匀性，以及构件在设备中的重要性，损坏后造成后果的严重程度。 安全系数的选取，必须体现既安全又经济的设计思想，通常由国家有关部门制订，公布在有关的规范中供设计时参考，一般在静载下，对塑性材料可取；脆性材料均匀性差，且断裂突然发生，有更大的危险性，所以取，甚至取到5~9。 为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力小于材料的许用应力，即 （5-10） 上式就是杆件受轴向拉伸或压缩时的强度条件。根据这一强度条件，可以进行杆件如下三方面的计算。 1．强度校核 已知杆件的尺寸、所受载荷和材料的许用应力，直接应用（5-10）式，验算杆件是否满足强度条件。 2．截面设计 已知杆件所受载荷和材料的许用应力，将公式（5-10）改成，由强度条件确定杆件所需的横截面面积。 3．许用载荷的确定 已知杆件的横截面尺寸和材料的许用应力，由强度条件确定杆件所能承受的最大轴力，最后通过静力学平衡方程算出杆件所能承担的最大许可载荷。 例5-4 一结构包括钢杆1和铜杆2，如图5-21a 所示，A 、B 、C 处为铰链连接。在b b n σσ= ][s s n σσ= ][b n s n 0.2~5.1=s n 0.5~0.2=b n ][max max σσ≤=A N ][σN A ≥ ][max σA N ≤
基本材料许应力一览表
材 料 许 用 应 力 表 钢号 钢板标准 使用状态 厚度 mm 常温强度指标 在下列温度下的许用应力，MPa 备注 σb MPa σs MPa 《20 100 150 200 250 300 350 400 425 450 475 碳素钢钢板 Q235-A GB 912 热轧 3～4 375 235 113 113 113 105 94 86 77 — — — — GB 3274 4.5～16 375 235 113 113 113 105 94 86 77 — — — — >16～40 375 225 113 113 107 99 91 83 75 — — — — Q235-B GB 912 热轧 3～4 375 235 113 113 113 105 94 86 77 — — — — GB 3274 4.5～16 375 235 113 113 113 105 94 86 77 — — — — >16～40 375 225 113 113 107 99 91 83 75 — — — — 20R GB 6654 热轧, 正火 6～16 400 245 133 133 132 123 110 101 92 86 83 61 41 >16～36 400 235 133 132 126 116 104 95 86 79 78 61 41 >36～60 400 225 133 126 119 110 101 92 83 77 75 61 41 >60～100 390 205 128 115 110 103 92 84 77 71 68 61 41 低合金钢钢板 16MnR GB 6654 热轧，正火 6～16 510 345 170 170 170 170 156 144 134 125 93 66 43 >16～36 490 325 163 163 163 159 147 134 125 119 93 66 43 >36～60 470 305 157 157 157 150 138 125 116 109 93 66 43 >60～100 460 285 153 153 150 141 128 116 109 103 93 66 43 >100～120 450 275 150 150 147 138 125 113 106 100 93 66 43 碳素钢钢管 10 GB 8163 ≤10 335 205 112 112 108 101 92 83 77 71 69 61 41 10 GB 9948 ≤16 335 205 112 112 108 101 92 83 77 71 69 61 41 10 GB 6479 ≤16 335 205 112 112 108 101 92 83 77 71 69 61 41 17～40 335 195 112 110 104 98 89 79 74 68 66 61 41 20 GB 8163 ≤10 390 245 130 130 130 123 110 101 92 86 83 61 41 20 GB 9948 ≤16 410 245 137 137 132 123 110 101 92 86 83 61 41 20G GB 6479 ≤16 410 245 137 137 132 123 110 101 92 86 83 61 41 17～40 410 235 137 132 126 116 104 95 86 79 78 61 注：中间温度的许用应力，可按本表的数值用内插法求得。 1）所列许用应力，已乘质量系数0.9。
钢材安全系数与许用应力
安全系数与许用应力 由于各种原因使结构丧失其正常工作能力的现象，称为失效。工程材料失效的两种形式为： （1）塑性屈服，指材料失效时产生明显的塑性变形，并伴有屈服现象。如低碳钢、铝合金等塑性材料。 （2）脆性断裂，材料失效时几乎不产生塑性变形而突然断裂。如铸铁、混凝土等脆断材料。 许用应力：保证构件安全可靠工作所容许的最大应力值。 对于塑性材料，进入塑性屈服时的应力取屈服极限，对于某些无明显屈服平台的合金材料取，则危险应力或；对于脆性材料：断裂时的应力是强度极限，则。 构件许用应力用表示，则工程上一般取 塑性材料：； 脆性材料： 分别为塑性材料和脆性材料的安全系数。
表1 常用金属材料拉伸和压缩时的机械性质（常温、静载） 材料名称 牌号 屈服点s σ 2 (kgf /cm ) 抗拉强度b σ 2 (kgf /cm ) 抗压强度c σ 2 (kgf /cm ) 伸长率s ε % 用途 普通碳素钢 (GB700-65)
钢管许用应力
钢管许用应力 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
钢管许用应力 钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法 Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级; 2）以钢管壁厚尺寸表示中国、ISO、日本部分钢管标准采用 3）是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种： A．标准重量管,以STD表示 B．加厚管，以XS表示 C．特厚管，以XXS表示。 对于DN≤250mn的管子，Sch40相当于STD，DN<200mm的管子,Sch80相当于XS。 补充： 1、以管子表号(Sch．)表示壁厚系列 这是1938年美国国家怔准协会(焊接和无缝钢管)标准所规定的。 管子表号(Sch．)是设计压力与设计温度下材料的许用应力的比值乘以1000，并经圆 整后的数值。即 Sch .=P/[ó]t×1000 （1-2-1） 式中 P—设计压力，MPa； [ó]t—设计温度下材料的许用应力，MPa。 无缝钢管与焊接钢管的管子表号可查资料确定。 ANSI 和JIS标准中的管子表号为；Sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160。 ANSI 中的不锈钢管管子表号为：5S、10S、40S、80S。
管表号(Sch．)并不是壁厚，是壁厚系列。实际的壁厚，同一管径，在不同的管子表 号中其厚度各异。不同管子表号的管壁厚度，在美国和日本是应用计算承受内压薄壁管厚度 的Barlow公式计算并考虑了腐蚀裕量和螺纹深度及壁厚负偏差-12．5％之后确定的，如公式 (1-2-2)和(1-2-3)所示。 tB=D0P/2[ó]t （1-2-2） t=[D0/2（）×P/[ó]t]+ （1-2-3） 式中 tB 、t——分别表示理论和计算壁厚，mm D0————管外径，mm P——设计压力，MPa [ó]t——在设计温度下材料的许用压力，MPa 计算壁厚径圆整后才是实际的壁厚。 如果已知钢管的管子表号，可根据式（1-2-1）计算出该钢管所能适应的设计压力，即 P=Sch..× [ó]t/1000 （1-2-4） 例如，Sch40，碳素钢20无缝钢管，当设计温度为350oC时给钢管所能适应 设计压力为： P=40×92/1000①= MPa 中国石化总公司标准SHJ405规定了无缝钢管的壁厚系列并Sch．5S②， Sch．10， Sch．10s，Sch．20，Sch．20s，Sch．30，Sch．40，Sch。40s，Sch．60，Sch．80，Sch．100，
材料许用应力表A
表 A.1 钢管材料许用应力 单位为 MPa 产品形式 规定的室温拉伸强度 金 属 温 度 牌号或级别 MPa ℃ 及标准号 管壁厚度 Rm R eL 或 R p0.2 20 250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 400 410 420 mm 无缝管 20Ga 15MoG 12CrMoG 15CrMoG 12Cr2MoG GB 5310 12Cr1MoVG 10Cr9Mo1VNbN t ≤75 10Cr9Mo1VNbN t>75 07Cr19Ni10 07Cr18Ni11Nb GB 3087 10 t ≤16 t>16 410 ～550 245 137 125 123 120 118 115 113 111 109 106 102 100 97 95 92 89 87 83 78 450 ～600 270 150 116 115 114 113 112 111 110 109 108 107 106 106 105 105 104 104 103 102 410 ～560 205 137 114 112 110 108 106 104 102 101 100 99 98 96 95 94 93 92 91 90 440 ～640 295 147 147 147 146 145 144 143 141 140 138 136 135 132 132 131 129 128 127 126 450 ～600 280 150 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 470 ～640 255 157 156 155 154 153 152 151 149 148 146 144 143 141 140 138 137 135 133 132 585 ～830 415 168 166 165 165 164 164 164 163 163 162 161 161 159 157 156 154 153 150 148 585 ～830 415 168 166 165 165 164 164 164 163 163 162 161 161 159 157 156 154 153 150 148 ≥515 205 137 113 111 110 109 108 107 106 105 105 104 103 102 101 100 100 99 98 98 ≥520 205 137 131 130 129 128 126 125 124 123 122 122 121 120 119 119 118 118 117 117 335 ～475 205 112 104 101 98 96 93 91 89 87 85 83 80 78 76 75 73 70 68 66 195