Методички / Курс деталей машин

Рис. 5.25. Схема к расчёту чистых болтов

При таких условиях сборки болт работает и рассчитывается как заклёпка, то есть на срез и смятие по формулам:

где dc - диаметр стержня;

δ - высота поверхности смятия.

Допускаемые напряжения определяют по следующим зависимостям:

= 0,4 Т - при статической нагрузке;

= (0,2…0,3) Т - при переменной нагрузке;

см = 0,8 Т .

NB 5.13. Чистые болты ставят без зазора, работают они как заклёпки,

резьба нагрузки не несёт и принимается диаметром меньшим, чем диаметр стержня.

Примером поперечной нагрузки является конструкция фланцевой муфты

(рис. 5.26), где нагрузкой является крутящий момент Т. Расчётная нагрузка каждого болта:

Необходимая затяжка каждого болта в затянутом соединении (рис. 5.26, а):

Предпосылки расчёта групповых соединений:

а) все болты одинаковые и равно затянутые;

б) соединение имеет хотя бы две оси симметрии;

в) при работе стыка его поверхности остаются плоскими.

Затяжка болтов должна обеспечить герметичность соединения или

нераскрытие стыка под нагрузкой.

Расчёт состоит из двух этапов:

1)определение расчётной нагрузки из условия нераскрытия стыка;

2)расчёт болтов соединения.

Все болты соединения (рис. 5.27) затягивают одинаковым усилием Fзат.

Жидкость или газ, находящиеся в резервуаре под давлением р, нагружает болты соединения, но ослабляют затяжку стыка. Силу, отрывающую крышку,

определяют по формуле:

Внешняя нагрузка, приходящаяся на один болт, равна:

Рис. 5.27. Соединение крышки резервуара высокого давления

Элементы соединения до затяжки показаны на рис. 5.28, а. После затяжки на соединение действует усилие затяжки Fзат (рис. 5.28, б). При этом болт удлиняется на величину δб, а соединяемые детали сжимаются на величину δд.

Рис. 5.28. Деформации болта и соединяемых деталей D1

После приложения внешней нагрузки F к затянутому соединению болт дополнительно растянется на некоторую величину F, а деформация сжатия деталей уменьшится на ту же величину (рис. 5.28, в).

Для простоты принимают, что только часть внешней нагрузки, а именно F,

дополнительно нагружает болт, а другая часть (1- )F идет на разгрузку стыка.

Коэффициент внешней нагрузки находится в пределах от 0 до 1, например, 0,2

или 0,3. Нагружение деталей соединения проиллюстрировано диаграммой сил на рис. 5.29.

Прямые деформирования (элементы диаграмм растяжения в пределах упругой деформации в соответствии с законом Гука) болта и деталей показаны в виде лучей ОВ и DА (рис. 5.29, а, б), наклонённых к оси абсцисс под углами и ,

тангенсы которых соответствуют коэффициентам жёсткости болта Сб и

соединяемых деталей Сд:

tg = Сб ; tg = Сд. (5.37)

Деформации (удлинение болтов и сжатие соединяемых деталей) являются

функцией нагрузок. Прямые заканчиваются в точке А, соответствующей усилию затяжки Fзат, общей для болтов и деталей. Это усилие вызывает деформации болта

δб и деталей δд. Под нагрузкой F прямая ОА продляется до точки В, а DА

укорачивается до точки C при уменьшении затяжки на (1-)F. Деформация болта и деталей изменяется при этом на одну и ту же величину F. По диаграммам рис. 5.29, а, б cтроят совместную диаграмму для болта и деталей (рис. 5.29, в).

Определение расчётной нагрузки на один болт является первым этапом расчёта. Она складывается из усилия предварительной затяжки, помноженной на коэффициент 1,3, учитывающий касательные напряжения от момента трения в резьбе, и внешней нагрузки F :

Практически нераскрытие стыка зависит не только от значения затяжки, но и от сохранения её в эксплуатации. Последнее определяется следующими факторами:

а) качеством обработки поверхности стыка;

б) числом поверхностей стыков;

в) качеством поверхности и точностью резьбы;

г) надежностью способа стопорения резьбы;

д) качеством прокладок.

Учитывая перечисленные факторы, целесообразно применять высокую

затяжку соединений. На практике рекомендуется принимать:

где Кзат – коэффициент затяжки, Кзат = 1,25…5 в зависимости от вида нагрузки и материала прокладок [6]. Так, например, по условию нераскрытия срыка при

Расчёт податливости деталей связан зачастую с большими трудностями.

Между тем расчёты и испытания конструкций показывают, что величина невелика. Для приближённых расчетов принимают = 0,2…0,3. В точных расчётах для определения коэффициента внешней нагрузки рассчитывают податливости болта и соединяемых деталей. Если болт для увеличения его податливости делают с переменным сечением (рис. 5.30, а, б), то определяют его суммарную податливость:

d 3

d

Рис. 5.30. Болты с повышенной податливостью

Площадь соединяемых деталей определяют после построения конусов влияния (рис. 5.28, в), которые очерчивают объём деталей, участвующий в деформировании. Их образующие проводят от размеров под ключ Dк гайки и головки болта под углами = 30º до взаимного пересечения. Для упрощения расчётов конусы влияния заменяют цилиндрами влияния с внутренним диаметром dо (диаметром отверстия) и наружным диаметром D1, определяемым при tg

30º 0,5 по формуле:

Упрощая решение, принимают = 0, что идет в запас по условию нераскрытия стыка. В зависимости от соотношения затяжки и нагрузки эпюра суммарных напряжений в стыке принимает вид одного из вариантов I или II.

Суммарные напряжения: