3.29Расчет болтов в соединении, работающем на изгиб (привести расчетную зависимость, объяснить входящие в нее величины и указать порядок расчета).

3,30Расчет болтовых соединений на совместное действие n ,m и q .(привести расчетную зависимость, объяснить входящие в нее величины и указать порядок расчета).

3,31Расчет болтовых соединений из условия равнопрочности (порядок расчета проиллюстрировать на примере изгибаемыхэлементов)

Рис. 13.12. Болтовое соединение, нагруженное растягивающей силой.

Рис. 13.13. Болтовое соединение, нагруженное поперечной силой.

Стандартные болты, винты шпильки, гайки с крупными шагами спроектированы по условиям равнопрочности, то есть таким образом, что разрушение по любому из видов напряжений может произойти приметно при одной и той же нагрузке на соединение. Это условие позволяет выполнять предварительный (проектный) расчёт соединения в упрощенном варианте. Наиболее часто встречаются три простейшие статически определимые конструктивные схемы (рис. 13.12…13.14). Для схемы (рис. 13.12) с растягивающей рабочей нагрузкой приложенной вдоль продольной оси стержня винта (болта, шпильки) диаметр резьбового стержня по заданному внешнему усилию выбирают по формуле

; (13.11)

где F₀ – усилие воспринимаемое (передаваемое) резьбовым соединением, d₁ – внутренний диаметр резьбовой части стержня, - допускаемые напряжения для материала стержня при растяжении. Допускаемые напряжения на растяжение для разных сталей принимают в соответствии с табл. 13.2.

Таблица 13.2 Отношение []_р/_Т для болтов резьбовых соединений

Сталь	При постоянной нагрузке и диаметре резьбы, мм		При отнулевой нагрузке и диаметре резьбы, мм
	Св. 6 до 16	Св. 16 до 30	Св. 6 до 16	Св. 16 до 30
Углеродистая	0,20… 0,25	0,25…0,40	0,08…0,12	0,12
Легированная	0,15…0,20	0,20…0,30	0,10…0,15	0,15

Используя таблицы стандартных резьб по данному внутреннему диаметру и выбранному шагу резьбы можно подобрать необходимый диаметр стержня. Для стержня с крупной резьбой, обращая формулу 13.5, получаем

(13.12)

с последующим округлением результат до ближайшего большего стандартного значения.

Если болт поставлен в отверстие с зазором (рис. 13.13) и должен удерживать скрепляемые детали от взаимного поперечного смещения за счёт сил трения, то в этом случае диаметр болта подбирается по формуле

. (13.13)

Далее диаметр стержня болта, винта или шпильки определяется аналогично предыдущему варианту. Значение коэффициента трения в формуле (13.13) зависит от множества разных факторов и может меняться в широких пределах (0,06…0,3).

3,32Особенности работы и расчета сварных и болтовых соединений на. Действие динамических нагрузок

Работе соединений при нагрузке с перерывами. Работа соединений на действие повторных нагрузок имеет несколько разновидностей.

Если силы стягивания соединения болтами велики и внешние пов­торные нагружения не преодолевают сил трения, возникающих при этом между соединяемыми элементами, то соединение сохраняет свою моно­литность и работает упруго, как основной металл. Так работают соеди­нения на высокопрочных болтах.

Если силы стягивания соединений на болтах нормальной, повы­шенной точности и несущих высокопрочных недостаточны и силы внут­реннего трения F преодолеваются в соединении внешними сдвигающими силами, то соединение начинает работать как упругопластическое тело (рис. 6.6). Если такое соединение довести до развития пластических де­формаций (преодолеть силы внутреннего трения), а затем разгрузить то пока не будет преодолено внутреннее трение в обратном направлении, разгрузка произойдет по упругому закону (первоначальные остаточные деформации соединения при этом сохранятся). Упругий закон будет распространяться не на разгрузку F, как при первом нагружении, а на 2F, что может быть объяснено особенностями природы сухого трения (рис. 6.6,6), т. е. соединение при повторных нагружениях и разгрузках сдвигающей силой N, не превышающей удвоенной силы трения 2F, пре­терпев первые неупругие сдвиги, в последующем будет работать упруго. Таким образом, повторные нагружения как бы увеличивают область уп­ругой работы соединения в 2 раза. Это сильно уменьшает деформатив-ность соединений после первых нагружении.

При повторных нагрузках и разгрузках соединения усилием N>2F трение в соединении будет каждый раз преодолеваться и на диаграмме «нагрузка — деформация» образуется петля гистерезиса' циклической работы соединения (рис. 6.6,а). Если фиксировать только начальную и конечную точки петли гистерезиса, то получается впечатление, что сое­динение работает упруго, но его приведенный модуль упругости Е' меньше модуля упругости материала, т. е. соединение оказывается бо­лее податливым, чем материал конструкции. Естественно, что чем боль­ше силы внутреннего трения в соединении F, тем больше зона упругой работы соединения и меньше его податливость. Это еще раз показывает желательность увеличения сил стягивания соединения болтами. Явление это расчетом не учитывается, но может быть учтено при определении деформативности сооружения.

Работа и расчет соединений при вибрационной нагрузке. В соедине­ниях, работающих на вибрационную нагрузку, применяют заклепки или высокопрочные болты.

При непрерывной повторной вибрационной нагрузке соединение ра­ботает упруго, так как размер изменения усилий обычно меньше зна­чения сопротивлений трения. Упругая работа соединения не способст­вует выравниванию усилий между болтами соединения, и крайние болты работают сильнее средних.

Отверстия в соединении и сложнонапряжениое состояние материала около отверстий (рис. 6.4, б) способствуют концентрации напряжений и появлению пиковых напряжений. Оба эти явления понижают вибрацион­ную прочность соединения по сравнению с вибрационной прочностью ос­новного материала вне соединения и создают условия для проявления усталости металла.

Реже разрушаются от усталости заклепочные или болтовые стержни. Они разрушаются в местах концентрации напряжений, т. е. в местах примыкания стержня к головке или в средней, обминаемой краями лис­та части стержня.

Снижение вибрационной прочности соединения учитывают снижени­ем расчетного сопротивления материала