我將先查看文件內容，再結合專業知識撰寫關于螺栓與螺釘強度計算原理、級別標準及原材料選用的宣傳文章。
```python
import pandas as pd
# 讀取 Excel 文件
excel_file = pd.ExcelFile('/mnt/螺栓螺釘強度計算表格.xlsx')
# 獲取所有表名
sheet_name = excel_file.sheet_names
sheet_name
```
```STDOUT
['Sheet1']
```
根據執行結果可知，文件中只有一個工作表'Sheet1'。我將探查'Sheet1'工作表的數據情況。
```python
# 獲取指定工作表中的數據
df = excel_file.parse('Sheet1')
# 查看數據的基本信息
print('數據基本信息：')
df.info()
# 查看數據集行數和列數
rows, columns = df.shape
if rows < 100 and columns < 20:
# 短表數據（行數少于100且列數少于20）查看全量數據信息
print('數據全部內容信息：')
print(df.to_csv(sep='\t', na_rep='nan'))
else:
# 長表數據查看數據前幾行信息
print('數據前幾行內容信息：')
print(df.head().to_csv(sep='\t', na_rep='nan'))
```
```STDOUT
數據基本信息：
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 24 entries, 0 to 23
Data columns (total 17 columns):
# Column Non-Null Count Dtype
--- ------ -------------- -----
0 螺栓螺釘強度計算 16 non-null object
1 Unnamed: 1 12 non-null object
2 Unnamed: 2 12 non-null object
3 Unnamed: 3 7 non-null object
4 Unnamed: 4 0 non-null float64
5 Unnamed: 5 14 non-null object
6 Unnamed: 6 7 non-null object
7 Unnamed: 7 9 non-null object
8 Unnamed: 8 10 non-null object
9 Unnamed: 9 9 non-null object
10 Unnamed: 10 9 non-null object
11 Unnamed: 11 4 non-null object
12 Unnamed: 12 13 non-null object
13 Unnamed: 13 5 non-null object
14 Unnamed: 14 8 non-null object
15 Unnamed: 15 9 non-null object
16 Unnamed: 16 4 non-null object
dtypes: float64(1), object(16)
memory usage: 3.3+ KB
數據全部內容信息：
螺栓螺釘強度計算 Unnamed: 1 Unnamed: 2 Unnamed: 3 Unnamed: 4 Unnamed: 5 Unnamed: 6 Unnamed: 7 Unnamed: 8 Unnamed: 9 Unnamed: 10 Unnamed: 11 Unnamed: 12 Unnamed: 13 Unnamed: 14 Unnamed: 15 Unnamed: 16
0 拉力計算校核 nan nan nan nan "表1 螺栓截強度查詢
" nan nan nan nan nan nan nan 通常取T計算值的0.8倍左右作為實際應用的擰緊力矩值. nan nan nan
1 步驟 參數 取值 備注 nan 公稱直徑 強度等級 牙型 螺距(mm) 小徑(mm) 截面(mm2) 抗拉Fb(kN) 屈服Fs(kN) 預緊力F(kN) 查附表K值輸入下方 預緊T(Nm) 0.8T(Nm)
2 1 負載最大受力F(KN) 40 含重力mg等 nan 12 8.8 粗牙 1.75 10.1055725 80.2068989885152 64.1655191908122 51.3324153526497 30.7994492115898 nan 73.9186781078156 59.1349424862525
3 2 螺栓直徑與強度等級選擇 表1對應項目選擇下拉菜單 nan nan 抗拉強度σb=800 MPa nan 細牙 1.5 10.376205 84.5603882216993 67.6483105773594 54.1186484618875 32.4711890771325 0.2 77.9308537851181 62.3446830280945
4 3 螺栓屈服強度Fs(kN) 32 表1 nan 屈服強度σs=640 MPa nan nan 1.25 10.6468375 89.028925640999 71.2231405127992 56.9785124102394 34.1871074461436 nan 82.0490578707447 65.6392462965958
5 4 安全系數K 4 表2 nan nan nan nan nan nan nan nan 附表 預緊力矩K值取值范圍(《機械設計》推薦0.2) nan nan nan nan
6 5 所需螺栓/螺釘最少數量 5 nan nan 表2 許用拉力最小安全系數K選擇 nan nan nan nan nan nan 預緊力矩K值表 nan nan nan nan
7 剪切計算校核 nan nan nan nan 公稱型號 nan nan M6-M16 M16~M30 M30~M60 nan 摩擦表面狀況 nan 有潤滑 無潤滑 nan
8 步驟 參數 取值 備注 nan 不控制預緊力時的最小安全系數 靜載荷 碳鋼 5~4 4~2.5 2.5~2 nan nan nan nan nan nan
9 1 負載最大剪切力F(KN) 40 nan nan nan nan 合金鋼 5.7~5 5~3.4 3.4~3 nan 精加工表面 nan 0.1 0.12 nan
10 2 螺栓直徑與強度等級選擇 表1對應項目選擇下拉菜單 nan nan nan 變載荷 碳鋼 12.5~8.5 8.5 8.5~12.5 nan 一般加工表面 nan 0.13-0.15 0.18-0.21 nan
11 3 螺栓屈服強度Fs(kN) 32 表1 nan nan nan 合金鋼 10~6.8 6.8 6.8~10 nan 表面氧化 nan 0.2 0.24 nan
12 4 剪切安全系數Kτ 4 表3 nan 控制預緊力時的最小安全系數 nan 1.2~1.5 nan nan nan nan 鍍鋅表面 nan 0.18 0.22 nan
13 5 所需螺栓/螺釘最少數量 5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan 干燥的粗加工表面 nan 0.26-0.3 nan nan
14 nan nan nan nan nan 松螺栓連接 nan 1.2~1.7 nan nan nan nan 注：請選擇相應的預緊力矩K值輸入表1中O6單元格！ nan nan nan nan
15 "說明：
1，本文檔將許用屈服強度σs都轉換為了許用屈服力Fs;
2，在表1中選擇螺栓公稱直徑和強度等級，其余數據將自動計算出，如果許用計算預緊力矩，請在表1中對照附表填入預緊力矩K值。
3，通常按計算預緊力矩的80%擰緊螺紋。
4，表2,表3給出的K值為最低數值，可適當放大K值。" nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
16 nan nan nan nan nan 表3 許用剪切最小安全系數 nan nan 螺栓受剪力示意圖 nan nan nan nan nan nan nan nan
17 nan nan nan nan nan 載荷形式 安全系數Kτ nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
18 nan nan nan nan nan 靜載荷 2.5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
19 nan nan nan nan nan 動載荷 3.5~5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
20 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
21 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
22 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
23 "文檔信息
編寫：圖惜
參考：《機械設計——第八版》——蒲良貴、紀名剛
《機械設計手冊——第五版第三卷》—成大先
2018.9.15
" nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
```
# 螺栓與螺釘：強度計算、級別標準及原材料選用全解析
在機械制造和工程領域，螺栓與螺釘作為不可或缺的基礎零部件，其性能的優劣直接影響到整個結構的穩定性和安全性。下面，我們就來深入了解一下螺栓與螺釘的強度計算原理、級別標準以及原材料選用的相關知識。
## 一、強度計算原理
### 拉力計算校核
螺栓與螺釘在承受拉力時，其強度計算主要基于材料的抗拉強度和橫截面積。計算公式為：$F = \sigma \times A$，其中$F$為拉力，$\sigma$為材料的抗拉強度，$A$為螺栓或螺釘的有效橫截面積。
在實際應用中，需要考慮負載最大受力、螺栓直徑與強度等級選擇、螺栓屈服強度、安全系數等因素。例如，已知負載最大受力$F$（含重力等），根據設計要求選擇合適的螺栓公稱直徑和強度等級，通過查詢相關表格獲取對應的抗拉強度$\sigma_b$、屈服強度$\sigma_s$以及小徑、截面等參數。然后計算出抗拉$F_b$、屈服$F_s$和預緊力$F$等數值。通常取預緊力計算值的 80%左右作為實際應用的擰緊力矩值，以確保螺栓連接的可靠性。
### 剪切計算校核
當螺栓與螺釘承受剪切力時，強度計算同樣重要。在不控制預緊力時，需要根據負載最大剪切力、螺栓直徑與強度等級、螺栓屈服強度以及剪切安全系數等進行計算。安全系數的取值與載荷形式（靜載荷或變載荷）、材料（碳鋼或合金鋼）以及摩擦表面狀況等因素有關。例如，靜載荷下碳鋼的最小安全系數在不同公稱型號范圍有所不同，變載荷下的安全系數取值也有相應的標準。控制預緊力時，安全系數的取值范圍也有明確規定。
## 二、級別標準介紹
螺栓與螺釘的強度等級通常用數字組合表示，例如 8.8 級、10.9 級等。小數點前的數字表示公稱抗拉強度的 1/100（單位為 MPa），小數點后的數字表示屈強比（屈服強度與抗拉強度之比）的 10 倍。
以 8.8 級螺栓為例，其公稱抗拉強度$\sigma_b = 800$ MPa，屈服強度$\sigma_s = 800 \times 0.8 = 640$ MPa。不同的強度等級適用于不同的工作場景，強度等級越高，螺栓或螺釘能夠承受的載荷就越大。在選擇螺栓與螺釘時，應根據具體的使用要求和受力情況合理選擇強度等級，以保證連接的安全性和可靠性。
## 三、原材料選用
### 碳鋼
碳鋼是制造螺栓與螺釘最常用的材料之一。它具有成本低、加工性能好等優點。根據含碳量的不同，碳鋼可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。低碳鋼強度較低，但塑性和韌性較好；中碳鋼綜合性能較好，常用于制造一般強度要求的螺栓與螺釘；高碳鋼強度較高，但塑性和韌性相對較差，適用于制造高強度的螺栓與螺釘。例如，普通的機械連接中，常使用中碳鋼制造的 4.8 級螺栓；而在一些對強度要求較高的場合，可能會選用高碳鋼制造的 8.8 級及以上的螺栓。
### 合金鋼
合金鋼是在碳鋼的基礎上加入適量的合金元素（如鉻、鉬、鎳等）制成的。合金元素的加入可以提高材料的強度、硬度、韌性和耐腐蝕性等性能。合金鋼常用于制造高強度、高耐腐蝕性的螺栓與螺釘，如 10.9 級、12.9 級的螺栓。在一些惡劣的工作環境中，如高溫、高壓、強腐蝕等條件下，合金鋼螺栓與螺釘能夠更好地發揮其性能優勢，保證連接的可靠性。
### 不銹鋼
不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和美觀性，常用于食品、化工、醫療等對衛生和耐腐蝕要求較高的行業。不銹鋼螺栓與螺釘根據其化學成分和組織結構的不同，可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼等。其中，奧氏體不銹鋼應用最為廣泛，如 304 不銹鋼、316 不銹鋼等。它們不僅具有優異的耐腐蝕性，而且具有良好的加工性能和韌性，能夠滿足不同場合的使用要求。
螺栓與螺釘的強度計算、級別標準和原材料選用是保證其性能和可靠性的關鍵因素。在實際應用中，應根據具體的工作條件和要求，綜合考慮各方面因素，選擇合適的螺栓與螺釘，以確保機械結構的安全穩定運行。 我將先查看文件內容，再結合專業知識撰寫關于螺栓與螺釘強度計算原理、級別標準及原材料選用的宣傳文章。
```python
import pandas as pd
# 讀取 Excel 文件
excel_file = pd.ExcelFile('/mnt/螺栓螺釘強度計算表格.xlsx')
# 獲取所有表名
sheet_name = excel_file.sheet_names
sheet_name
```
```STDOUT
['Sheet1']
```
根據執行結果可知，文件中只有一個工作表'Sheet1'。我將探查'Sheet1'工作表的數據情況。
```python
# 獲取指定工作表中的數據
df = excel_file.parse('Sheet1')
# 查看數據的基本信息
print('數據基本信息：')
df.info()
# 查看數據集行數和列數
rows, columns = df.shape
if rows < 100 and columns < 20:
# 短表數據（行數少于100且列數少于20）查看全量數據信息
print('數據全部內容信息：')
print(df.to_csv(sep='\t', na_rep='nan'))
else:
# 長表數據查看數據前幾行信息
print('數據前幾行內容信息：')
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```
```STDOUT
數據基本信息：
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 24 entries, 0 to 23
Data columns (total 17 columns):
# Column Non-Null Count Dtype
--- ------ -------------- -----
0 螺栓螺釘強度計算 16 non-null object
1 Unnamed: 1 12 non-null object
2 Unnamed: 2 12 non-null object
3 Unnamed: 3 7 non-null object
4 Unnamed: 4 0 non-null float64
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10 Unnamed: 10 9 non-null object
11 Unnamed: 11 4 non-null object
12 Unnamed: 12 13 non-null object
13 Unnamed: 13 5 non-null object
14 Unnamed: 14 8 non-null object
15 Unnamed: 15 9 non-null object
16 Unnamed: 16 4 non-null object
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數據全部內容信息：
螺栓螺釘強度計算 Unnamed: 1 Unnamed: 2 Unnamed: 3 Unnamed: 4 Unnamed: 5 Unnamed: 6 Unnamed: 7 Unnamed: 8 Unnamed: 9 Unnamed: 10 Unnamed: 11 Unnamed: 12 Unnamed: 13 Unnamed: 14 Unnamed: 15 Unnamed: 16
0 拉力計算校核 nan nan nan nan "表1 螺栓截強度查詢
" nan nan nan nan nan nan nan 通常取T計算值的0.8倍左右作為實際應用的擰緊力矩值. nan nan nan
1 步驟 參數 取值 備注 nan 公稱直徑 強度等級 牙型 螺距(mm) 小徑(mm) 截面(mm2) 抗拉Fb(kN) 屈服Fs(kN) 預緊力F(kN) 查附表K值輸入下方 預緊T(Nm) 0.8T(Nm)
2 1 負載最大受力F(KN) 40 含重力mg等 nan 12 8.8 粗牙 1.75 10.1055725 80.2068989885152 64.1655191908122 51.3324153526497 30.7994492115898 nan 73.9186781078156 59.1349424862525
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5 4 安全系數K 4 表2 nan nan nan nan nan nan nan nan 附表 預緊力矩K值取值范圍(《機械設計》推薦0.2) nan nan nan nan
6 5 所需螺栓/螺釘最少數量 5 nan nan 表2 許用拉力最小安全系數K選擇 nan nan nan nan nan nan 預緊力矩K值表 nan nan nan nan
7 剪切計算校核 nan nan nan nan 公稱型號 nan nan M6-M16 M16~M30 M30~M60 nan 摩擦表面狀況 nan 有潤滑 無潤滑 nan
8 步驟 參數 取值 備注 nan 不控制預緊力時的最小安全系數 靜載荷 碳鋼 5~4 4~2.5 2.5~2 nan nan nan nan nan nan
9 1 負載最大剪切力F(KN) 40 nan nan nan nan 合金鋼 5.7~5 5~3.4 3.4~3 nan 精加工表面 nan 0.1 0.12 nan
10 2 螺栓直徑與強度等級選擇 表1對應項目選擇下拉菜單 nan nan nan 變載荷 碳鋼 12.5~8.5 8.5 8.5~12.5 nan 一般加工表面 nan 0.13-0.15 0.18-0.21 nan
11 3 螺栓屈服強度Fs(kN) 32 表1 nan nan nan 合金鋼 10~6.8 6.8 6.8~10 nan 表面氧化 nan 0.2 0.24 nan
12 4 剪切安全系數Kτ 4 表3 nan 控制預緊力時的最小安全系數 nan 1.2~1.5 nan nan nan nan 鍍鋅表面 nan 0.18 0.22 nan
13 5 所需螺栓/螺釘最少數量 5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan 干燥的粗加工表面 nan 0.26-0.3 nan nan
14 nan nan nan nan nan 松螺栓連接 nan 1.2~1.7 nan nan nan nan 注：請選擇相應的預緊力矩K值輸入表1中O6單元格！ nan nan nan nan
15 "說明：
1，本文檔將許用屈服強度σs都轉換為了許用屈服力Fs;
2，在表1中選擇螺栓公稱直徑和強度等級，其余數據將自動計算出，如果許用計算預緊力矩，請在表1中對照附表填入預緊力矩K值。
3，通常按計算預緊力矩的80%擰緊螺紋。
4，表2,表3給出的K值為最低數值，可適當放大K值。" nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
16 nan nan nan nan nan 表3 許用剪切最小安全系數 nan nan 螺栓受剪力示意圖 nan nan nan nan nan nan nan nan
17 nan nan nan nan nan 載荷形式 安全系數Kτ nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
18 nan nan nan nan nan 靜載荷 2.5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
19 nan nan nan nan nan 動載荷 3.5~5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
20 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
21 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
22 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
23 "文檔信息
編寫：圖惜
參考：《機械設計——第八版》——蒲良貴、紀名剛
《機械設計手冊——第五版第三卷》—成大先
2018.9.15
" nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
```
# 螺栓與螺釘：強度計算、級別標準及原材料選用全解析
在機械制造和工程領域，螺栓與螺釘作為不可或缺的基礎零部件，其性能的優劣直接影響到整個結構的穩定性和安全性。下面，我們就來深入了解一下螺栓與螺釘的強度計算原理、級別標準以及原材料選用的相關知識。
## 一、強度計算原理
### 拉力計算校核
螺栓與螺釘在承受拉力時，其強度計算主要基于材料的抗拉強度和橫截面積。計算公式為：$F = \sigma \times A$，其中$F$為拉力，$\sigma$為材料的抗拉強度，$A$為螺栓或螺釘的有效橫截面積。
在實際應用中，需要考慮負載最大受力、螺栓直徑與強度等級選擇、螺栓屈服強度、安全系數等因素。例如，已知負載最大受力$F$（含重力等），根據設計要求選擇合適的螺栓公稱直徑和強度等級，通過查詢相關表格獲取對應的抗拉強度$\sigma_b$、屈服強度$\sigma_s$以及小徑、截面等參數。然后計算出抗拉$F_b$、屈服$F_s$和預緊力$F$等數值。通常取預緊力計算值的 80%左右作為實際應用的擰緊力矩值，以確保螺栓連接的可靠性。
### 剪切計算校核
當螺栓與螺釘承受剪切力時，強度計算同樣重要。在不控制預緊力時，需要根據負載最大剪切力、螺栓直徑與強度等級、螺栓屈服強度以及剪切安全系數等進行計算。安全系數的取值與載荷形式（靜載荷或變載荷）、材料（碳鋼或合金鋼）以及摩擦表面狀況等因素有關。例如，靜載荷下碳鋼的最小安全系數在不同公稱型號范圍有所不同，變載荷下的安全系數取值也有相應的標準。控制預緊力時，安全系數的取值范圍也有明確規定。
## 二、級別標準介紹
螺栓與螺釘的強度等級通常用數字組合表示，例如 8.8 級、10.9 級等。小數點前的數字表示公稱抗拉強度的 1/100（單位為 MPa），小數點后的數字表示屈強比（屈服強度與抗拉強度之比）的 10 倍。
以 8.8 級螺栓為例，其公稱抗拉強度$\sigma_b = 800$ MPa，屈服強度$\sigma_s = 800 \times 0.8 = 640$ MPa。不同的強度等級適用于不同的工作場景，強度等級越高，螺栓或螺釘能夠承受的載荷就越大。在選擇螺栓與螺釘時，應根據具體的使用要求和受力情況合理選擇強度等級，以保證連接的安全性和可靠性。
## 三、原材料選用
### 碳鋼
碳鋼是制造螺栓與螺釘最常用的材料之一。它具有成本低、加工性能好等優點。根據含碳量的不同，碳鋼可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。低碳鋼強度較低，但塑性和韌性較好；中碳鋼綜合性能較好，常用于制造一般強度要求的螺栓與螺釘；高碳鋼強度較高，但塑性和韌性相對較差，適用于制造高強度的螺栓與螺釘。例如，普通的機械連接中，常使用中碳鋼制造的 4.8 級螺栓；而在一些對強度要求較高的場合，可能會選用高碳鋼制造的 8.8 級及以上的螺栓。
### 合金鋼
合金鋼是在碳鋼的基礎上加入適量的合金元素（如鉻、鉬、鎳等）制成的。合金元素的加入可以提高材料的強度、硬度、韌性和耐腐蝕性等性能。合金鋼常用于制造高強度、高耐腐蝕性的螺栓與螺釘，如 10.9 級、12.9 級的螺栓。在一些惡劣的工作環境中，如高溫、高壓、強腐蝕等條件下，合金鋼螺栓與螺釘能夠更好地發揮其性能優勢，保證連接的可靠性。
### 不銹鋼
不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和美觀性，常用于食品、化工、醫療等對衛生和耐腐蝕要求較高的行業。不銹鋼螺栓與螺釘根據其化學成分和組織結構的不同，可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼等。其中，奧氏體不銹鋼應用最為廣泛，如 304 不銹鋼、316 不銹鋼等。它們不僅具有優異的耐腐蝕性，而且具有良好的加工性能和韌性，能夠滿足不同場合的使用要求。
螺栓與螺釘的強度計算、級別標準和原材料選用是保證其性能和可靠性的關鍵因素。在實際應用中，應根據具體的工作條件和要求，綜合考慮各方面因素，選擇合適的螺栓與螺釘，以確保機械結構的安全穩定運行。
在機械制造和工程領域，螺栓與螺釘作為不可或缺的基礎零部件，其性能的優劣直接影響到整個結構的穩定性和安全性。下面，我們就來深入了解一下螺栓與螺釘的強度計算原理、級別標準以及原材料選用的相關知識。
螺栓與螺釘在承受拉力時，其強度計算主要基于材料的抗拉強度和橫截面積。計算公式為：\(F = \sigma \times A\)，其中F為拉力，\(\sigma\)為材料的抗拉強度，A為螺栓或螺釘的有效橫截面積。
在實際應用中，需要考慮負載最大受力、螺栓直徑與強度等級選擇、螺栓屈服強度、安全系數等因素。例如，已知負載最大受力F（含重力等），根據設計要求選擇合適的螺栓公稱直徑和強度等級，通過查詢相關表格獲取對應的抗拉強度\(\sigma_b\)、屈服強度\(\sigma_s\)以及小徑、截面等參數。然后計算出抗拉\(F_b\)、屈服\(F_s\)和預緊力F等數值。通常取預緊力計算值的 80% 左右作為實際應用的擰緊力矩值，以確保螺栓連接的可靠性。
當螺栓與螺釘承受剪切力時，強度計算同樣重要。在不控制預緊力時，需要根據負載最大剪切力、螺栓直徑與強度等級、螺栓屈服強度以及剪切安全系數等進行計算。安全系數的取值與載荷形式（靜載荷或變載荷）、材料（碳鋼或合金鋼）以及摩擦表面狀況等因素有關。例如，靜載荷下碳鋼的最小安全系數在不同公稱型號范圍有所不同，變載荷下的安全系數取值也有相應的標準。控制預緊力時，安全系數的取值范圍也有明確規定。
螺栓與螺釘的強度等級通常用數字組合表示，例如 8.8 級、10.9 級等。小數點前的數字表示公稱抗拉強度的 1/100（單位為 MPa），小數點后的數字表示屈強比（屈服強度與抗拉強度之比）的 10 倍。
以 8.8 級螺栓為例，其公稱抗拉強度\(\sigma_b = 800\) MPa，屈服強度\(\sigma_s = 800 \times 0.8 = 640\) MPa。不同的強度等級適用于不同的工作場景，強度等級越高，螺栓或螺釘能夠承受的載荷就越大。在選擇螺栓與螺釘時，應根據具體的使用要求和受力情況合理選擇強度等級，以保證連接的安全性和可靠性。
碳鋼是制造螺栓與螺釘最常用的材料之一。它具有成本低、加工性能好等優點。根據含碳量的不同，碳鋼可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。低碳鋼強度較低，但塑性和韌性較好；中碳鋼綜合性能較好，常用于制造一般強度要求的螺栓與螺釘；高碳鋼強度較高，但塑性和韌性相對較差，適用于制造高強度的螺栓與螺釘。例如，普通的機械連接中，常使用中碳鋼制造的 4.8 級螺栓；而在一些對強度要求較高的場合，可能會選用高碳鋼制造的 8.8 級及以上的螺栓。
合金鋼是在碳鋼的基礎上加入適量的合金元素（如鉻、鉬、鎳等）制成的。合金元素的加入可以提高材料的強度、硬度、韌性和耐腐蝕性等性能。合金鋼常用于制造高強度、高耐腐蝕性的螺栓與螺釘，如 10.9 級、12.9 級的螺栓。在一些惡劣的工作環境中，如高溫、高壓、強腐蝕等條件下，合金鋼螺栓與螺釘能夠更好地發揮其性能優勢，保證連接的可靠性。
不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和美觀性，常用于食品、化工、醫療等對衛生和耐腐蝕要求較高的行業。不銹鋼螺栓與螺釘根據其化學成分和組織結構的不同，可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼等。其中，奧氏體不銹鋼應用最為廣泛，如 304 不銹鋼、316 不銹鋼等。它們不僅具有優異的耐腐蝕性，而且具有良好的加工性能和韌性，能夠滿足不同場合的使用要求。
螺栓與螺釘的強度計算、級別標準和原材料選用是保證其性能和可靠性的關鍵因素。在實際應用中，應根據具體的工作條件和要求，綜合考慮各方面因素，選擇合適的螺栓與螺釘，以確保機械結構的安全穩定運行。
我將先查看文件內容，再結合專業知識撰寫關于螺栓與螺釘強度計算原理、級別標準及原材料選用的宣傳文章。
```python
import pandas as pd
# 讀取 Excel 文件
excel_file = pd.ExcelFile('/mnt/螺栓螺釘強度計算表格.xlsx')
# 獲取所有表名
sheet_name = excel_file.sheet_names
sheet_name
```
```STDOUT
['Sheet1']
```
根據執行結果可知，文件中只有一個工作表'Sheet1'。我將探查'Sheet1'工作表的數據情況。
```python
# 獲取指定工作表中的數據
df = excel_file.parse('Sheet1')
# 查看數據的基本信息
print('數據基本信息：')
df.info()
# 查看數據集行數和列數
rows, columns = df.shape
if rows < 100 and columns < 20:
# 短表數據（行數少于100且列數少于20）查看全量數據信息
print('數據全部內容信息：')
print(df.to_csv(sep='\t', na_rep='nan'))
else:
# 長表數據查看數據前幾行信息
print('數據前幾行內容信息：')
print(df.head().to_csv(sep='\t', na_rep='nan'))
```
```STDOUT
數據基本信息：
<class 'pandas.core.frame.DataFrame'>
RangeIndex: 24 entries, 0 to 23
Data columns (total 17 columns):
# Column Non-Null Count Dtype
--- ------ -------------- -----
0 螺栓螺釘強度計算 16 non-null object
1 Unnamed: 1 12 non-null object
2 Unnamed: 2 12 non-null object
3 Unnamed: 3 7 non-null object
4 Unnamed: 4 0 non-null float64
5 Unnamed: 5 14 non-null object
6 Unnamed: 6 7 non-null object
7 Unnamed: 7 9 non-null object
8 Unnamed: 8 10 non-null object
9 Unnamed: 9 9 non-null object
10 Unnamed: 10 9 non-null object
11 Unnamed: 11 4 non-null object
12 Unnamed: 12 13 non-null object
13 Unnamed: 13 5 non-null object
14 Unnamed: 14 8 non-null object
15 Unnamed: 15 9 non-null object
16 Unnamed: 16 4 non-null object
dtypes: float64(1), object(16)
memory usage: 3.3+ KB
數據全部內容信息：
螺栓螺釘強度計算 Unnamed: 1 Unnamed: 2 Unnamed: 3 Unnamed: 4 Unnamed: 5 Unnamed: 6 Unnamed: 7 Unnamed: 8 Unnamed: 9 Unnamed: 10 Unnamed: 11 Unnamed: 12 Unnamed: 13 Unnamed: 14 Unnamed: 15 Unnamed: 16
0 拉力計算校核 nan nan nan nan "表1 螺栓截強度查詢
" nan nan nan nan nan nan nan 通常取T計算值的0.8倍左右作為實際應用的擰緊力矩值. nan nan nan
1 步驟 參數 取值 備注 nan 公稱直徑 強度等級 牙型 螺距(mm) 小徑(mm) 截面(mm2) 抗拉Fb(kN) 屈服Fs(kN) 預緊力F(kN) 查附表K值輸入下方 預緊T(Nm) 0.8T(Nm)
2 1 負載最大受力F(KN) 40 含重力mg等 nan 12 8.8 粗牙 1.75 10.1055725 80.2068989885152 64.1655191908122 51.3324153526497 30.7994492115898 nan 73.9186781078156 59.1349424862525
3 2 螺栓直徑與強度等級選擇 表1對應項目選擇下拉菜單 nan nan 抗拉強度σb=800 MPa nan 細牙 1.5 10.376205 84.5603882216993 67.6483105773594 54.1186484618875 32.4711890771325 0.2 77.9308537851181 62.3446830280945
4 3 螺栓屈服強度Fs(kN) 32 表1 nan 屈服強度σs=640 MPa nan nan 1.25 10.6468375 89.028925640999 71.2231405127992 56.9785124102394 34.1871074461436 nan 82.0490578707447 65.6392462965958
5 4 安全系數K 4 表2 nan nan nan nan nan nan nan nan 附表 預緊力矩K值取值范圍(《機械設計》推薦0.2) nan nan nan nan
6 5 所需螺栓/螺釘最少數量 5 nan nan 表2 許用拉力最小安全系數K選擇 nan nan nan nan nan nan 預緊力矩K值表 nan nan nan nan
7 剪切計算校核 nan nan nan nan 公稱型號 nan nan M6-M16 M16~M30 M30~M60 nan 摩擦表面狀況 nan 有潤滑 無潤滑 nan
8 步驟 參數 取值 備注 nan 不控制預緊力時的最小安全系數 靜載荷 碳鋼 5~4 4~2.5 2.5~2 nan nan nan nan nan nan
9 1 負載最大剪切力F(KN) 40 nan nan nan nan 合金鋼 5.7~5 5~3.4 3.4~3 nan 精加工表面 nan 0.1 0.12 nan
10 2 螺栓直徑與強度等級選擇 表1對應項目選擇下拉菜單 nan nan nan 變載荷 碳鋼 12.5~8.5 8.5 8.5~12.5 nan 一般加工表面 nan 0.13-0.15 0.18-0.21 nan
11 3 螺栓屈服強度Fs(kN) 32 表1 nan nan nan 合金鋼 10~6.8 6.8 6.8~10 nan 表面氧化 nan 0.2 0.24 nan
12 4 剪切安全系數Kτ 4 表3 nan 控制預緊力時的最小安全系數 nan 1.2~1.5 nan nan nan nan 鍍鋅表面 nan 0.18 0.22 nan
13 5 所需螺栓/螺釘最少數量 5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan 干燥的粗加工表面 nan 0.26-0.3 nan nan
14 nan nan nan nan nan 松螺栓連接 nan 1.2~1.7 nan nan nan nan 注：請選擇相應的預緊力矩K值輸入表1中O6單元格！ nan nan nan nan
15 "說明：
1，本文檔將許用屈服強度σs都轉換為了許用屈服力Fs;
2，在表1中選擇螺栓公稱直徑和強度等級，其余數據將自動計算出，如果許用計算預緊力矩，請在表1中對照附表填入預緊力矩K值。
3，通常按計算預緊力矩的80%擰緊螺紋。
4，表2,表3給出的K值為最低數值，可適當放大K值。" nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
16 nan nan nan nan nan 表3 許用剪切最小安全系數 nan nan 螺栓受剪力示意圖 nan nan nan nan nan nan nan nan
17 nan nan nan nan nan 載荷形式 安全系數Kτ nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
18 nan nan nan nan nan 靜載荷 2.5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
19 nan nan nan nan nan 動載荷 3.5~5 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
20 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
21 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
22 nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
23 "文檔信息
編寫：圖惜
參考：《機械設計——第八版》——蒲良貴、紀名剛
《機械設計手冊——第五版第三卷》—成大先
2018.9.15
" nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan nan
```
# 螺栓與螺釘：強度計算、級別標準及原材料選用全解析
在機械制造和工程領域，螺栓與螺釘作為不可或缺的基礎零部件，其性能的優劣直接影響到整個結構的穩定性和安全性。下面，我們就來深入了解一下螺栓與螺釘的強度計算原理、級別標準以及原材料選用的相關知識。
## 一、強度計算原理
### 拉力計算校核
螺栓與螺釘在承受拉力時，其強度計算主要基于材料的抗拉強度和橫截面積。計算公式為：$F = \sigma \times A$，其中$F$為拉力，$\sigma$為材料的抗拉強度，$A$為螺栓或螺釘的有效橫截面積。
在實際應用中，需要考慮負載最大受力、螺栓直徑與強度等級選擇、螺栓屈服強度、安全系數等因素。例如，已知負載最大受力$F$（含重力等），根據設計要求選擇合適的螺栓公稱直徑和強度等級，通過查詢相關表格獲取對應的抗拉強度$\sigma_b$、屈服強度$\sigma_s$以及小徑、截面等參數。然后計算出抗拉$F_b$、屈服$F_s$和預緊力$F$等數值。通常取預緊力計算值的 80%左右作為實際應用的擰緊力矩值，以確保螺栓連接的可靠性。
### 剪切計算校核
當螺栓與螺釘承受剪切力時，強度計算同樣重要。在不控制預緊力時，需要根據負載最大剪切力、螺栓直徑與強度等級、螺栓屈服強度以及剪切安全系數等進行計算。安全系數的取值與載荷形式（靜載荷或變載荷）、材料（碳鋼或合金鋼）以及摩擦表面狀況等因素有關。例如，靜載荷下碳鋼的最小安全系數在不同公稱型號范圍有所不同，變載荷下的安全系數取值也有相應的標準。控制預緊力時，安全系數的取值范圍也有明確規定。
## 二、級別標準介紹
螺栓與螺釘的強度等級通常用數字組合表示，例如 8.8 級、10.9 級等。小數點前的數字表示公稱抗拉強度的 1/100（單位為 MPa），小數點后的數字表示屈強比（屈服強度與抗拉強度之比）的 10 倍。
以 8.8 級螺栓為例，其公稱抗拉強度$\sigma_b = 800$ MPa，屈服強度$\sigma_s = 800 \times 0.8 = 640$ MPa。不同的強度等級適用于不同的工作場景，強度等級越高，螺栓或螺釘能夠承受的載荷就越大。在選擇螺栓與螺釘時，應根據具體的使用要求和受力情況合理選擇強度等級，以保證連接的安全性和可靠性。
## 三、原材料選用
### 碳鋼
碳鋼是制造螺栓與螺釘最常用的材料之一。它具有成本低、加工性能好等優點。根據含碳量的不同，碳鋼可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。低碳鋼強度較低，但塑性和韌性較好；中碳鋼綜合性能較好，常用于制造一般強度要求的螺栓與螺釘；高碳鋼強度較高，但塑性和韌性相對較差，適用于制造高強度的螺栓與螺釘。例如，普通的機械連接中，常使用中碳鋼制造的 4.8 級螺栓；而在一些對強度要求較高的場合，可能會選用高碳鋼制造的 8.8 級及以上的螺栓。
### 合金鋼
合金鋼是在碳鋼的基礎上加入適量的合金元素（如鉻、鉬、鎳等）制成的。合金元素的加入可以提高材料的強度、硬度、韌性和耐腐蝕性等性能。合金鋼常用于制造高強度、高耐腐蝕性的螺栓與螺釘，如 10.9 級、12.9 級的螺栓。在一些惡劣的工作環境中，如高溫、高壓、強腐蝕等條件下，合金鋼螺栓與螺釘能夠更好地發揮其性能優勢，保證連接的可靠性。
### 不銹鋼
不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和美觀性，常用于食品、化工、醫療等對衛生和耐腐蝕要求較高的行業。不銹鋼螺栓與螺釘根據其化學成分和組織結構的不同，可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼等。其中，奧氏體不銹鋼應用最為廣泛，如 304 不銹鋼、316 不銹鋼等。它們不僅具有優異的耐腐蝕性，而且具有良好的加工性能和韌性，能夠滿足不同場合的使用要求。
螺栓與螺釘的強度計算、級別標準和原材料選用是保證其性能和可靠性的關鍵因素。在實際應用中，應根據具體的工作條件和要求，綜合考慮各方面因素，選擇合適的螺栓與螺釘，以確保機械結構的安全穩定運行。
