3.2.2. Краткие сведения по теории и методические рекомендации по решению задач

Резьбовые соединения — это самый распространенный вид разъемных со­единений. Они осуществляются болтами, винтами, шпильками, гайками и т. п.

Основным элементом соединения является резьба, образуемая нареза­нием или накаткой на детали по винтовой линии.

Резьбы классифицируются по форме поверхности, на которой образуется резьба: цилиндрические и конические.

По форме профиля различают типы: треугольные; упорные; трапецеидальные; прямоугольные; круглые.

При подъеме винтовой линии слева на право — резьба правая, у левой — справа налево.

Резьбы делятся на многозаходные и однозаходные.

По назначению различают: крепежные: крепежно-уплотняющие; ходовые (для преобразования движения).

Крепежно-уплотняющие резьбы применя­ют для соединения деталей, требующих герме­тичности.

Крепежные резьбы чаще однозаходные. Резь­бы для преобразования движения (вращательное в поступательное и наоборот) применяют в вин­товых механизмах (в ходовых и грузовых винтах). Они имеют трапецеидальный профиль, реже — прямоугольный.

Типовые схемы расчета болтов

Опасное сечение — сечение по резьбе; диаметр опасного сечения — внутренний диаметр резьбы.

Рисунок 46.3 –Схема к расчету незатянутого болта

1. Расчет незатянутого болта при действии осевой силы. Стержень болта работает только на растяжение (рисунок 46.3). Проектировочный расчет болта выполняют по формуле

,

где — минимальный расчетный диаметр болта;

F — внешняя осевая сила.

2. Расчет затянутого болта, нагруженного внешней растягивающей силой. Для обеспечения плотности стыка и жесткости соединения болты (винты, шпильки) затягивают. В затянутом резьбовом соединении полная нагрузка на болт составляет

,

где F₀ — сила предварительной затяжки;

χ — коэффициент внешней нагрузки, учитывающий, какая часть внешней нагрузки при совмест­ной деформации болта и деталей стыка приходится на болт;

χ = 0,2...0,3 при соединении деталей без прокладки, χ = 0,4...0,5 при соединении де­талей с упругой прокладкой (резина, картон и др.).

Затянутый болт растянут и скручен за счет трения в резьбе и под го­ловкой болта. Эквивалентное напряжение в стержне по гипотезе фор­моизменения

.

.

Для метрической резьбы .

Расчет болта при совместном действии растяжения и кручения сво­дится к расчету на растяжение по увеличенной растягивающей силе.

3. Расчет болтов для крепления крышек цилиндров, находящихся после затяжки под давлением (рисунок 47.3). Используя формулу для определения полной нагрузки на болт, можно записать окончательную расчетную формулу с учетом кручения:

,

где F₀ — сила предварительной затяжки болта, рассчитывается из усло­вия нераскрытия стыка;

F — часть внешней силы в расчете на один болт,

,

где z — число болтов.

Расчетный диаметр болта определяют по формуле

где — предел текучести материала; [s] — коэффициент запаса прочности, зависящий от условий работы, материала и диаметра резьбы.

В начале расчета величина [s] задается ориентировочно, после рас­чета уточняется.

Рисунок 47.3 –Схема к расчету затянутого болта под действием внешней силы

Рисунок 48.3 –Схема к расчету затянутого болта под действием поперечной силы: а — без зазора; б — с зазором

4. Расчет болта под действием поперечной силы, болт установлен без зазора (рисунок 48.3,а). Болт установлен в отверстие из-под развертки, работает на срез и смятие.

Условие прочности на срез:

Проверочный расчет на смятие:

.

5. Расчет болта под действием поперечной силы, болт установлен в отверстие с зазором (рисунок 48.3, б).

Необходимая затяжка создает силу трения, препятствующую сдвигу деталей под действием внешней силы. Затянутый болт работает на рас­тяжение и скручен за счет трения в резьбе.

Потребная затяжка

.

где i — число плоскостей трения;

К — коэффициент запаса сцепления, K= 1,3...1,5.

На рисунке 48.3,б число плоскостей трения i = 2.

Влияние скручивания болта при затяжке учитывают, увеличивая расчетную нагрузку на 30 %:

.

Расчетный диаметр болта

.

6. Формулы для проверочного расчета болтов:

болт растянут и скручен: ;

болт работает на сдвиг: .