РЕЗЬБОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Рисунок 5.1.17 - Болтовое соединение

Из условия нераскрытия стыка:

где K_зат — коэффициент запаса предварительной затяжки:

K_зат 1,2...5,2 — при постоянной нагрузке,

K_зат = 2,5...4 — при переменной нагрузке.

С учетом кручения при затяжке расчет ведется по формуле

Расчетный диаметр резьбы болта определяется по формуле

- (табл. 1.16).

Задача 1. Подобрать болты для соединения стальных планок по данным:

F = 5,5 кН — растягивающая сила планки 1,3 и 2 (рис. 5.2.1);

Z = 2 — число болтов. Материал болтов СтЗ;

f = 0,17 — коэффициент трения на стыке деталей;

класс прочности — 3,6, затяжка неконтролируемая.

Решение.

1.1. Болт поставлен с зазором, расчет ведется из условия прочности на растяжение с кручением. По табл. 1.14 для СтЗ находим предел текучести = 200 МПа, по табл. 1.15, находим = 4.

Рисунок 5.2.1

1.2. Определение силы затяжки при условии отсутствия сдвига деталей

где — сила трения; i = 2 — число стыков, отсюда

учитывая коэффициент запаса по сдвигу, получим

где z — число болтов, К= 1,7, тогда

1.3. Условие прочности по эквивалентным напряжениям

отсюда

По ГОСТ 9150—81 (табл. 1.12): d₁= 23,319 мм, номинальный диаметр М27, шаг резьбы р = 3 мм;

Примечание. М27 — не рекомендуется. Примем М30, р = 3,5 мм.

Задача 2. Определить диаметр болта из расчета на срез по условиям за­дачи 1, но болт поставлен без зазора в калиброванное отверстие.

Затяжка болта не обязательна, силы трения в стыке не учитываются. Диаметр стержня болта больше диаметра нарезанной части на 1... 1,5 мм, что предохраняет резьбу от смятия (рис. 5.2.2).

Класс прочности 3.6, = 200 МПа.

Рисунок 5.2.2

Решение.

2.1. Условие прочности при срезе

где Q — поперечная сила в сечении болта; z = 2; i = 2

F — внешняя сила Q = F;

d₀ — диаметр стержня по ГОСТ 7817—80 (табл. 1.16).

Для материала болта

Принимаем d₀ = 7 мм, резьба М6, р = 1 мм (табл. 1.16).

2.2. Определить диаметр стержня:

Задача 3. (алгоритм решения задачи). Подобрать болты для соедине­ния крышки с цилиндрическим сосудом сжа­того воздуха при следующих данных: давле­ние сжатого воздуха в цилиндре р = 0,5 МПа, внутренний диаметр крышки D = 40 мм, чис­ло болтов z = 14. Материал болтов сталь 20, класс прочности болтов 4.6. Затяжка болтов контролируемая. Прокладка полиэтиленовая (рис. 5.2.4).

Рисунок 5.2.4

Решение:

4.1. Болты соединения считаем одинаково нагруженными. Внешняя нагрузка F_внеш силы давления сжатого воздуха

Сила, приходящаяся на один болт

4.2. Определить силу затяжки болтов, приняв К_зат = 2 (нагрузка посто­янная), = 0,5 (соединение с упругой прокладкой).

4.3. Для болтов из стали 20 и класса прочности 4.6 по табл. 1.13 нахо­дим = 240 МПа; при контролируемой затяжке запаса прочности [s]_т= 1,7...2,2, принимаем [s]_т = 2.

4.4. Определить расчетный диаметр резьбы болта.

По табл.1.12 (ГОСТ 9150—81) принимаем М10, шаг резьбы р = 1,5 мм. Для принятого болта М10 внутренний диаметр резьбы d₁ = 8,376 мм. Болт М10 подходит, так как d₁ = 8,376 мм > d_расч= 8,2 мм.

Домашняя задача. Подобрать болты для соедине­ния крышки с цилиндрическим сосудом сжа­того воздуха при следующих данных: давле­ние сжатого воздуха в цилиндре р МПа, внутренний диаметр крышки D мм, чис­ло болтов z = 14, коэффициент внешней нагрузки χ=0,5, К_зат=2. Материал болтов сталь 20, класс прочности болтов 4.6. Затяжка болтов контролируемая. Прокладка полиэтиленовая (рис. 5.4.1). Входные данные для задачи 5.3.1.

Рисунок 5.4.1

Таблица 5.3.1 - Входные данные для задачи 5.3.1

№ варианта	Болт	Сталь	р, МПа	D, мм	z	[s]т	σт, МПа
1	М6…М10	Ст3 и 10	0,4	35	14	1,7…2,2	200
2	М6…М10	Ст20	0,45	36	14	1,7…2,2	240
3	М6…М10	Ст35	0,5	37	14	1,7…2,2	300
4	М6…М10	Ст40	0,55	38	14	1,7…2,2	360
5	М6…М10	Ст30Х	0,6	39	14	1,7…2,2	640
6	М6…М10	Ст30ХГСА	0,4	40	14	1,7…2,2	900
7	М16…М30	Ст3 и 10	0,45	41	14	1,7…2,2	200
8	М16…М30	Ст20	0,5	42	14	1,7…2,2	240
9	М16…М30	Ст35	0,55	43	14	1,7…2,2	300
10	М16…М30	Ст40	0,6	44	14	1,7…2,2	360
11	М16…М30	Ст30Х	0,4	45	14	1,7…2,2	640
12	М16…М30	Ст30ХГСА	0,45	35	14	1,7…2,2	900
13	М6…М10	Ст3 и 10	0,5	36	14	1,7…2,2	200
14	М6…М10	Ст20	0,55	37	14	1,7…2,2	240
15	М6…М10	Ст35	0,6	38	14	1,7…2,2	300
16	М6…М10	Ст40	0,4	39	14	1,7…2,2	360
17	М6…М10	Ст30Х	0,45	40	14	1,7…2,2	640
18	М6…М10	Ст30ХГСА	0,5	41	14	1,7…2,2	900
19	М16…М30	Ст3 и 10	0,55	42	14	1,7…2,2	200
20	М16…М30	Ст20	0,6	43	14	1,7…2,2	240
21	М16…М30	Ст35	0,4	44	14	1,7…2,2	300
22	М16…М30	Ст40	0,45	35	14	1,7…2,2	360
23	М16…М30	Ст30Х	0,5	36	14	1,7…2,2	640
24	М16…М30	Ст30ХГСА	0,55	37	14	1,7…2,2	900
25	М6…М10	Ст3 и 10	0,6	38	14	1,7…2,2	200
26	М6…М10	Ст20	0,4	39	14	1,7…2,2	240
27	М6…М10	Ст35	0,45	40	14	1,7…2,2	300
28	М6…М10	Ст40	0,5	41	14	1,7…2,2	360
28	М6…М10	Ст30Х	0,55	42	14	1,7…2,2	640
30	М6…М10	Ст30ХГСА	0,6	43	14	1,7…2,2	900

22