最近社区里有不少出题的帖子，俺手里有道题，也想拿上来分享一下。
题目在上面这张图片里。考虑有些朋友是用手机上论坛，以及有的朋友可能未登录而看不到图片。所以这里再文字介绍一下。
水平放置的两块钢板，一上一下摞在一起，中间用一根竖直的螺栓螺母连接。上下的钢板分别受到向上向下的拉力，拉力过大时需要螺栓断开，保全其他零件。螺栓规格为M24、8.8。其中间的部分，用车床将其车细一些以容易断开。要求拉力达到3吨时，螺栓断开。
求解：螺栓细部的直径，和组装时的螺母扭矩。
回答请给出计算式，最好附有说明文字。
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顺便谈一点别的。
前几天论坛里讨论搞设计要不要计算，有了很多议论。感觉一些讨论都纠结于“要计算”还是“不要计算”，每一方都举出对方情况的负面例子。
实际上，从思维方式来谈论的话，现实中的问题，有些事情不是非黑即白的，两个极端都不可取。还有一种答案是“有时候需要计算，有时候不需要计算”，像是废话，但事实就是这样。需要做到的是：“到了需要计算的时候能够知道原理，而不是毫无头绪没有理论基础”，那就好了。
事实上，“不要计算”分为两种情况。一种情况是“不懂原理，只凭经验，来照着做，不去计算”；另一种是“懂得原理，但是凭借经验，来提出方案，不去具体计算”；如果是前者，那样下去是不太好的，有一点需要改进的地方。
话说回来，本帖出的题目，没有多少绕弯的地方，只是一些公式的应用而已。如果有朋友对相应公式不熟悉的话，那么以这道实际应用题为契机，来查找并熟悉一下相关公式，有了一些收获，也就好了。当然俺的解答也不一定是最优的，也希望和各位朋友共同讨论，相互切磋。
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以下是关于这道题的分析：
首先是受力分析，细部横截面那里，主要向下受到两个力，一个是负载3吨F，另一个是螺母扭紧时产生的轴力F0。从前面的回复来看，一些朋友没有注意到轴力这一项，如果通过这个帖子有了轴力的认识，那就是一种收获，以后没准儿会有用得上的时候。
螺母拧紧后，螺杆时刻都在承受着内部的拉力。也正是这个拉力，把螺杆螺母拉紧，拉住工件使其紧固。螺杆内部，首先受到的是这个力，还很大，不容忽视。至于有人提出的轴力为零的工况，不敢说没有，前面也有讨论，只不过太过极端，工作中一般涉及不到。
然后是螺栓断裂时候的力F1。这个力等于细部横截面积乘以断裂时的应力。8.8的螺栓，屈服强度为800*0.8=640N/mm2。
在这里看了大家的回帖，关于断裂时的应力，有三种意见，一种是直接用800，认为这时肯定断裂；一种是使用640，这时螺栓会被拉伸；
我们一般用的是85%，认为这时候基本螺栓就快不行了，这里偷偷换个词吧，说失效，螺栓产生塑形变形，基本就危险了，或者说我们的工况是反复上下运动，所以才选的应力较低。作为问题讨论，明白原理就好，能够提出自己的依据就好。
最后是螺母拧紧时轴力F0的计算。螺母拧紧时，其扭矩是一个重要指标，直接决定了其产生轴力的大小，以及其是否容易松脱。扭矩与轴力有对应的计算关系式。下面计算里面为了省事，选了一个简单的计算公式。当然还有很多计算方法，比如LIAOYAO大侠的计算里面的式子。当然关于那个式子，需要注意的是直径不是细部直径而应该用螺纹直径。其他朋友也有其他公式。这里注意的是，同样的扭矩，有无平垫弹垫有无润滑油，其轴力是不同的。这里的轴力也是一个范围，计算结果只是在其范围里而已。
需要考虑得原理如上，最后的计算就是：F+F0=F1。下面是用Excel做的计算，用单变量求解，对直径进行试差，最终满足上式结果。
直接计算当然也可以。很多朋友也给出了例子。这里有一个问题是，选用不同的扭矩，其轴力就不同，计算得到直径就不同。M24我查到的标准扭矩是640Nm，这里分别按640Nm和400Nm进行了计算。扭矩较小时，轴力也较小，所以螺母容易松动，所以在实际工作中，螺母用的是hardlock，来保证其紧固性。就是说，计算结果不是一个数值，而是直径和扭矩相对应的一组数值。
至于取标准扭矩还是取小一些，抱歉我也没啥定论，欢迎大家讨论。
反正螺母有防松装置，只要别取得太小导致两块板分离，就好了。
这道题是我去年年初在工作时遇到的问题。那之前我对螺母扭矩和轴力的关系，没什么认识。通过这道题才了解了这些概念。写在这里，也希望能给一些朋友提供一点点参考。一个是认识到有轴力这个的概念，一个是轴力与螺母扭矩的计算公式，可以到网上找一些。有这两个收获就好了。
至于残余预紧力，抱歉我没有考虑过那么深，欢迎继续讨论。我们在工作中用的，就是上面的计算结果。因为一般负载没达到过3吨，所以暂时没事。
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