книги из ГПНТБ / Зиновьев, Владимир Андреевич. Детали машин учебник для немеханических специальностей высших технических учебных заведений

5() Соединения

эта цель достигается проще: получистый или черный болт без какойлибо дополнительной обработки его поверхности вставляется с за­ зором в соосные отверстия деталей также без какой-либо дополни­ тельной обработки их стенок (фиг. 30).

В таком соединении относительному движению деталей препят­ ствует не тело болта, на которое сила Р непосредственно не действует, а силы трения на поверхностях соприкосновения деталей, возбуждае­

мые силой Q, до которой болт затягивается при сборке и с которой детали оказываются прижатыми одна к другой. На каждой поверх­ ности соприкосновения деталей сила трения получается равной Q f. где / — коэффициент трения покоя.

При определении величины силы (Гейлу Р для большей надеж­

ности расчета умножают на коэффициент запаса сцепления К =

=1,25 н- 1,5.

Внекоторых случаях возможно и целесообразно за счет усложне­ ния конструкции деталей уменьшить число болтов в соединении и диаметр их, разгрузив болты от действия поперечной силы так, как показано на фиг. 31, или другим аналогичным способом. В таких случаях роль каждого болта сводится только к тому, чтобы удержи­ вать детали в плотном соприкосновении.

Необходимая величина силы Q определяется по формуле (13) с такой точностью, с какой может быть выявлена величина коэффи­ циента трения /. Такая величина силы Q и должна быть получена

прп сборке соединения.

и менее точно, но с достаточной для практических целей точностью по формуле

4

Коэффициенты трения в резьбе и на поверхности соприкоснове­ ния гайки с деталью никогда не бывают точно известны. Произве­ денные разными исследователями испытания показывают, что они

колеблются в пределах от 0,12 до 0,18 не только в разных болтах,

но и в одном и том же болте при разных положениях гайки в резьбе и на детали, выходя иногда и за указанные пределы. Это лишает

возможности получать более или менее точные результаты при опре­ делении множителя, заключенного в квадратные скобки правой

части формулы (14).

Но главным затруднением при определении силы Q является практическая невозможность даже приблизительного определения при расчете величины силы Рп. Произведенные испытания показали,

что величина этой силы при затягивании болтов без контроля даже рабочими высокой квалификации колеблется в очень широких пределах. Поэтому во избежание перенапряжения болтов, затяги­ ваемых при монтаже без контроля, практикой установлены для рас­ четов допускаемые напряжения, значительно пониженные по сравне­ нию с такими, которые можно было бы принимать при точном конт­ роле. Так как опасность перенапряжения является большей для

болтов с меньшими диаметрами, то рекомендуемыми для расчетов допускаемыми напряжениями учитываются и диаметры болтов.

Для того чтобы убедиться в необходимости принимать при расчете разные допускаемые напряжения для болтов с разными диаметрами, определим, поль­ зуясь формулой (14), возникающие при монтаже напряжения в болтах М12,

М20, МЗО и М42, предположив, что затягивание их производится силой 30 кГ при помощи ключей со стандартными длинами L. Предположим при этом, что сила 30 кГ прикладывается к ключу на расстоянии L от оси болта, т. е. на рас­ стоянии, равном полной длине ключа. Коэффициенты трения на всех поверхно­ стях примем равными 0,16 и, следовательно,

/'=0,16 : cos 30° =0,185 q>' = arctg 0,185 = 10°30'.

В табл. 4 приведены необходимые для вычислений справочные данные и результаты расчета.

На графике (фиг. 32) приведена кривая1 оправданных практикой

допускаемых напряжений [ст]/ для болтов с разными диаметрами из

стали Ст. 3. Для болтов из сталей других марок взятые из графика

1 Детали машин, под ред. Н. С. Ачеркана, кн. 1, стр. 122, фиг. 78, кри­ вая Б, Машгиз, 1953.

56 Соединения

нагрузками для болтов с разными диаметрами. Такие нагрузки

для сильно затягиваемых болтов из стали Ст. 3, не подвергающихся

болты диаметрами меньшими М12 применять не рекомендуется, если затягивание болтов производится без контроля.

Допускаемые напряжения могут быть значительно увеличены,

если затягивание болтов производится под контролем. Чаще всего, но далеко не во всех случаях, где это следовало бы, затягивание бол­ тов производится тарированными (предельными) ключами разных конструкций, не допускающими возможности затягивания ббль-

шими, чем это можно признать допустимым, моментами. Этот способ контроля может быть признан точным лишь в такой мере, в какой является возможным по данному моменту М определить величину осевой силы в соответствии с формулой (12).

Наибольшая точность может быть достигнута непосредственным измерением удлинения затягиваемого болта. При таком контроле величины осевой силы и нормального напряжения можно определить

с достаточной точностью, но касательное напряжение может быть определено лишь приблизительно из-за неизвестности точной вели­

чины коэффициента трения в резьбе. Вследствие необходимости из­ мерять удлинения, выражающиеся микронами, такой способ кон­ троля можно применять лишь в редких случаях.

Пример. От одного вала к другому муфтой передается крутящий момент Мк = 25 000 кГсм (фиг. 33). Половины муфты стянуты шестью болтами, вста­ вленными в отверстия с зазором. Диаметр окружности центров болтовых отвер­ стий D — 220 мм. Предположив, что равнодействующая элементарных сил тре­ ния на поверхности соприкосновения полумуфт лежит на окружности центров болтовых отверстий, определить необходимый диаметр болтов из стали 45 с пре­ делом текучести ат = 3600 кГ/см2. Коэффициент трения / = 0,18.

Необходимая величина равнодействующей сил трения равна

25000: ^-=2270 кГ.

Полумуфты должны быть прижаты одна к другой с силой

2270:0,18 = 12 600 кГ.

Сила, приходящаяся на один болт,

12 600 : 6 = 2100 кГ.

Пользуясь таблицей допускаемых нагрузок для стали Ст.З с пределом те­ кучести 2500 кГ/см2, мы должны для стали 45 увеличить табличные нагрузки в 3600 : 2500 = 1,44 раза.

Приняв это во внимание, получаем для болта из стали Ст.З нагрузку, рав­ ную 2100 : 1,44 = 1450 кГ.

По табл. 5 устанавливаем, что должны быть выбраны болты М22.

Расчет напряженных соединений, подвергающихся действию внешней осевой нагрузки. Расчет фланцевых болтов. В таком соеди­ нении затянутый при сборке болт должен обеспечивать нераскрытие стыка сжатых деталей при возникновении внешней действующей на детали силы Qo, параллельной оси болта (фиг. 34).

Под действием силы Qo болт дополнительно удлиняется на неко­ торую величину и точно на такую же величину уменьшается общая

деформация сжатых деталей. Стык, очевидно, будет оставаться не­ раскрытым только в том случае, если и после приложения силы Q(t детали будут находиться в деформированном состоянии. Из этого следует, что плотность соединения будет обеспечена тем в большей мере, чем больше сила V затяжки болта будет превышать силу Qo

58 Соединения

и чем большей будет деформация деталей (не превышающая, разу­

меется, предела текучести). При недеформирующихся под действием сил деталях, т. е. при бесконечно большом их модуле упругости,

обеспечить нераскрытие стыка было бы, очевидно, нельзя ни при

какой величине силы V затяжки болта.

Для увеличения общей деформации находящихся между головкой

прокладки приведены на чертеже со значительным искажением масштаба (толщина прокладки показана значительно преувели­ ченной, обычно в таких соединениях она в 10—20 раз тоньше

фланцев).

На фиг. 37, б соединение изображено в собранном виде: болт затянут с силой V, с такой же силой сжата прокладка. Болт удли­ нился на величину Kv, прокладка сжата на величину ё». Деформа­ ция фланцев ввиду ее незначительности по сравнению с деформацией прокладки не принята во внимание.

На фиг. 37, 6 соединение изображено после возникновения давле­ ния внутри аппарата и появления вследствие этого силы, стре­ мящейся отделить крышку от корпуса. Приходящаяся на один болт сила Qo дополнительно удлинила его на величину и па такую же величину уменьшила деформацию прокладки.

Для более наглядного представления о работе фланцевых болтов построим график сил и деформаций. По оси абсцисс вправо будем откладывать величины деформаций, по оси ординат вверх — вели­