不锈钢螺栓强度校核

zz435

现在有一个问题：
1个5.5kW、1750r/min的电机，驱动一组链条运动，链条的速度最快为30m/min，链轮的直径为0.8米。
链条上固定了一个物体，螺栓为不锈钢材质，M12的大小，物体的重量是200kg。
现在需要计算的是，需要多少个这样的螺栓，才能保证当物体发生碰撞的时候，螺栓不断？

zz435

各位帮帮忙啊！

千军一将

F*V=0.5MV**2
: h2 r, E6 y" ~9 g' b$ N冲量=动能
0 J/ n0 f- M( E2 X* C1 N这个理论力学的公式可以计算出力的大小
然后根据材料力学的原理计算剪切力。
2 ^9 U7 s4 e# p6 TOK

zz435

最近在做设计的时候，为了防锈，将所有的螺栓紧固件，都选用了不锈钢材质。
6 Y" X  B3 Y* K& K& r+ Y2 L
* u" x) @$ d. l% g但在做强度校核的时候，发现了一些问题。
+ e' R  A) O8 q, Q' `9 N6 i5 `
# k0 V' k/ R$ d$ S0 E1 w/ Z5 S% W首先，螺栓的材料是A2－70，这个材料的抗力强度是多少？查手册，A2是不锈钢的钢组号，那他的抗拉强度该怎么定？
, c( C9 M  Q4 i( m其次，手册上对受横向力作用的螺栓，是先将横向载荷换算成预紧力，然后再用预紧力比上螺纹小径的面积，得到强度值。这样计算是不是有问题，在实际中，一般预紧力是人给予的，而横向载荷是事实存在的。另外，一旦横向载荷过大将螺栓剪断，你能通过加大预紧力来不使他断吗？

zz435

正如楼上，V是已知的，我们用30m/min来计算，但M呢，是物体的质量，还是物体加链条的质量？还是别的？

gaoyns

这个力F还可以这样算，用功率P和速度V来算：P=FV，F=P / V
如果给出的电机功率是满负荷，就用5.5kW，若没满负荷，可测一下电流，算得实际功率。这里暂按5.5kW计算：
P=5.5kW=5500W=5500  J/s = 5500 Nm/s；  V =  30m/min =0.5 m/s
( D9 m, {+ Y  y. Q# iF=5500Nm/s / 0.5  m/s=11000N
算出使用的不锈钢螺栓的最小受力截面积和材料的许用剪切应力，就可算出需用的螺栓数量。

6 B) n; Q& y$ }! b* i5 ]2 s; @[ 本帖最后由 gaoyns 于 2008-11-23 16:57 编辑 ]

lhf999

A2－70的抗拉强度就是700MPa，详细的数据请看GB/T3098.6-2000《紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》。
承受横向载荷的螺栓分为两种情况：（参考下面的设计手册中的截图）
需要预紧力的情况是一种，这种情况理论螺栓不直接受到横向载荷作用的。在设计时需要计算预紧力大小，预紧力的大小在螺栓安装时是需要控制的，可以借助扭矩扳手等设备。
2 A' l0 s) A1 @8 W- q$ ?另外一种不需要预紧力，横向载荷直接作用在螺栓上，此时螺栓的破坏是剪切破坏，需要按照剪切力校核。
5 N4 v2 T% @3 F: R* b3 ~: `8 i
[ 本帖最后由 lhf999 于 2008-11-23 18:29 编辑 ]

zz435

楼上给出的截图，好像是一种情况的，也就是楼上所说的第一种情况。

zz435

我用的是M12的，A2-70不锈钢螺栓。螺栓的抗拉强度好像是700MPa，但许用剪切应力是多少，还请gaoyns帮忙给出，谢谢！

gaoyns

抗拉强度为700MPa，根据钢铁材料手册不锈钢卷提供的抗拉许用应力安全系数取3--4，取n=3.5。抗剪许用应力是抗拉许用应力的0.5--0.8，取0.6。
9 G. f! }! h% E/ }抗剪许用应力为：[ τ ]=700MPa÷3.5×0.6=120MPa.

gaoyns

“F*V=0.5MV**2”
4 q9 C) Y# c+ p6 f这个式子有误，等式右边的单位 kg m^2/s^2=Nm=J，是能（或功）的单位。
6 i; S9 f: e, B% p# M等式的左边单位 N m/s=J / s =W  是功率单位，二者不能相等。

zz435

谢谢gaoyns，已经计算出来了。只需要2个螺栓就可以了。
但感觉是不是少了点，毕竟是5.5kW的电机，怎么需要两个M12的螺栓就可以了呢？！
计算的内容如下：