Рекомендуемые классы прочности и марки сталей для болтов

Таблица 1

Характеристика резьбового соединения	Класс прочности	Марка стали
Неответственное	4.6	20
Общего назначения	5.6	30, 35
Средней нагруженности	6.6	45, 40Г
Высокой нагруженности	12.9	30ХГСА

Допускаемые напряжения при действии постоянной нагрузки [σ]_р = σ_т/Ѕ

где Ѕ - коэффициент безопасности, принимаемый 1,5…2,5 (зависит от способа затяжки).

Соотношение между силами и моментами, действующими на резьбовые соединения в процессе затяжки

Первоначальной затяжкой создают давление на стыке соединяемых днталей, что обеспечивает необходимую жесткость соединения и плотность стыка. При завинчивании необходимо приложить момент Т_зав завинчивания, необходимый для преодоления момента Т_р сопротивления в резьбе и момента сопротивления Т_Т на торце гайки.

Т_зав = Т_р + Т_Т

В процессе затяжки под действием момента Т_зат в стержне винта возникает осевая сила F_зат – сила затяжки .

Момент сопротивления в резьбе.

Прочность затянутого резьбового соединения.

На резьбовом соединении стержень болта в предваритеьно затянутом соединении нагружен силой растяжения F_зат и скручивающим моментом Т_р сопротивления в резьбе.

В соответствии с энергетической теорией для сталей эквивалентное напряжение:

Нормальное напряжение растяжение, МПа: σ_р = F_зат/А

здесь А = π d/4 - площадь опасного сечения по расчетному диаметру резьбы. Касательное напряжение, МПа:

τ = Т_р/W_к = [0,5 F_зат d₂ tg(ψ + φ₁)]/(πd/16)

где Т_р – момент сопротивления в резьбе, Н.мм

φ₁ – приведенный угол трения (при f = 0,1…0,3 φ₁ = 6⁰…16⁰)

W_к – момент сопротивления расчетного сечения при кручении, мм³; d₂ и d_р в мм. Выполним подстановку:

Для метрических резьб отношение d_2/d_p ≈ 1,05. Угол Ψ для резьб разных диаметров: 1,5⁰ …3⁰. Значение приведенного угла трения зависит от качества поверхностей трения и смазки (φ₁= 6⁰ – хорошо обработанные и смазанные поверхности; φ₁= 16 – грубые и несмазанные). С учетом влияния повторных затяжек условие прочности:

Расчет крепежных резьбовых соединений.

Для стандартных крепежных деталей в качестве главного критерия работоспособности принята прочность на растяжение (болты, винты, шпильки).

Расчет резьбы.

Условие прочности резьбы на срез:

τ_ср = F/(πd/4) ≤ [τ]_ср

Пример: Рассчитать номинальный диаметр резьбы хвостовика крюка грузоподъемного крана, если нагрузка F_а – 40 кН, крюк изготовлен из Ст3.

Решение: Для Ст3 по таблице выбираем предел текучести σ_т = 240 МПа. Принимаем значение допускаемого коэффициента запаса прочности для незатянутого резьбового соединения [S] = 3, определим допускаемое напряжение: [σ_р] = σ_т/[S] = 240/3 = 80 МПа

Из расчета на прочность определим расчетный диаметр резьбы:

м = 25,2 мм

Принимаем метрическую резьбу с крупным шагом р = 3,5 мм, определяем номинальный диаметр: d = d_p + 0,9p = 25,2 + 0,9*3,5 = 28,3мм

По стандарту выбираем резьбу М30

По виду соединительных элементов или способу неподвижного сцепления соединения имеют собственные названия. Соединительные элементы: болты, шпильки, винты, гайки имеют на своей поверхности резьбу.