Методички / Курс деталей машин

В формулах (5.51) за положительные приняты напряжения затяжки.

Вариант II – дефектный; эпюра свидетельствует о раскрытии стыка на участке «е-

е», так как напряжения здесь равны нулю, что недопустимо. Вариант I –

расчётный, он соответствует нераскрытию стыка. По условию нераскрытия стыка:

Б) При креплении основания кронштейна к бетонной, кирпичной или деревянной стенке проверяют прочность основания по максимальным напряжениям смятия по условию:

см = 1…2 МПа – для бетона;

см = 2…4 МПа – для дерева.

При невыполнении условия (5.54) обычно изменяют размеры стыка.

В) Сдвигающая сила Q уравновешивается силами трения в стыке. Детали не сдвигаются, если выполняется неравенство (условие отсутствия сдвига):

данного соединения является условие отсутствия сдвига, а усилие затяжки следует определять из этого условия:

зат zf

либо поставить и рассчитать болты без зазора. Расчёт таких болтов ведут аналогично схеме 4 (рис. 5.23) по формулам (5.31) и (5.32).

Г) Расчётную нагрузку определяют для наиболее нагруженного болта по формуле

(5.36):

Fp 1,3Fзат F.

В соединении все болты принимают одинаковыми. Внешняя нагрузка на наиболее нагруженный болт F складывается из реакций от силы N и момента М:

F FN FM ;

Для определения внешней нагрузки от момента приравнивают внешний момент М реактивному моменту пары с реакциями FM. Для упрощения расчётов рассмотрено широко распространённое четырехболтовое соединение с реакциями в болтах, действующими на плече 2l1.

M 4l1

где l1 – расстояние от оси стыка до оси болтов.

В общем случае для многоболтового соединения наибольшую нагрузку от

момента определяют по формуле:

k 1

где iП – число болтов в поперечном ряду; iП = 2;

n – число поперечных рядов с одной стороны от оси поворота (на схеме рис. 5.31 n = 2).

Диаметр болтов определяют по формуле (5.39):

5.11.8. Расчёт болтов при переменной нагрузке

Схема 7. При переменных нагрузках полное напряжение в болте разделяют на среднее напряжение цикла m (постоянное) и переменное амплитудное

а) рассчитывают нагрузки, усилия затяжки и по максимальной расчётной

статической нагрузке рассчитывают диаметр болта; стандартную резьбу принимают на один – три размера больше расчётного;

б) выполняют конструирование соединения (с назначением материалов

деталей и их размеров с целью определения податливости);

в) определяют коэффициенты запаса прочности по текучести и

выносливости.

Запас по текучести:

Допускаемый запас по текучести [sT ] = s определяют по прил. 13. Запас по выносливости:

Допускаемый запас по выносливости [s 1 ] = 2,5…4.

NB 5.14. При переменных нагрузках расчёт ведут по максимальной статической нагрузке, расчётный диаметр повышают на 1…3 размера и выполняют проверки по запасам прочности.

Пример 5.3. Рассчитать болты затянутого группового соединения по схеме 5

(рис. 5.26) при переменной нагрузке. Исходные данные: давление в цилиндре p =

0,6 МПа, диаметр цилиндра D = 800 мм, число болтов z = 16, материал болтов сталь 50.

Решение.

Предел текучести стали 50 Т = 380 МПа, предел прочности В = 630 МПа, предел выносливости 1 = 250 МПа. (прил. 9). Внешняя нагрузка на один болт:

Расчётная нагрузка при коэффициенте затяжки К зат = 3 и коэффициенте внешней нагрузки = 0,25:

Fp 1,3 3 18850 0,25 18850 78230Н.

Принимаем по прил. 14 методом экстраполяции болты М33 с диаметром d1 =

29,211 мм (прил. 8). Определяем коэффициент запаса s = 2,4 (прил. 13).

Допускаемые напряжения растяжения = 380/2,4 = 158 МПа. Расчётный диаметр:

d1 4 78230 /( 158) 25,1мм.

Амплитудное напряжение цикла – формула (5.61):

a 4 0,25 18850 3,52МПа. 2 29,2112

Среднее напряжение цикла – формула (5.62):

m 4 (3 18850 0,5 0,25 18850) 87,9МПа.

29,2112

Запас по текучести:

Запас по выносливости при эффективном коэффициенте концентрации напряжений К = 1,96 [7]:

Вывод. Запасы прочности и выносливости достаточны.

5.11.9. Меры по повышению усталостной выносливости

Практика и экспериментальные исследования показали, что прочность затянутых резьбовых соединений при переменной нагрузке определяется её амплитудой.

Поэтому одна из важнейших задач конструктора – добиться снижения внешней нагрузки на болт, т.е. величины F (см. рис. 5,29, в). Это достигается следующими мерами:

1) Увеличением числа болтов соединения, что приводит к снижению внешней нагрузки F - формула (5.36). Кроме того, выносливость повышается и за

счёт масштабного фактора. Так, предел выносливости болтов разных диаметров находится в следующей зависимости для резьб:

М20 : М45 : М72 = 2,5 : 1,5 : 1.

2) Выполнение правила конструирования: «жесткие фланцы – податливые болты». Анализ формулы (5.43) показывает, что при уменьшении д и

повышении δ снижается коэффициент внешней нагрузки и соответственно часть внешней нагрузки, приходящейся на болт. Это иллюстрируется графиками на рис. 5.32.

Снижение жёсткости болта при неизменной жёсткости деталей ( 1 , рис. 5.32, а, б) и при сохранении остаточной затяжки в стыке Fст приводит к уменьшению амплитуды переменных нагрузок и приближению нагрузки к постоянной (статической). При одновременном снижении жёсткости болта и повышение жёсткости деталей ( 1 , рис. 5.32, в) достигается наибольший эффект снижения колебания напряжений. Конструктивные меры по увеличению податливости болта представлены на рис. 5.33: это уменьшение сечения тела стержня за счёт снижения его наружного диаметра или его высверливания,

постановка пружинных шайб и увеличение длины болта.

3) Применение контролируемой затяжки специальными динамометрическими ключами, что позволяет при неизменной внешней нагрузкеF повысить Fзат, то есть постоянную часть цикла.

Меры, перечисленные ниже, уменьшают влияние концентрации напряжений (уменьшают коэффициент K ):

1.Что называется соединением?

2.Как классифицируются соединения?

3.Как Вы понимаете термин “равнопрочность”?

4.Перечислите параметры резьб.

5.Какие требования предъявляются к крепёжным резьбам?

6.Как обозначается метрическая резьба?

7.Дайте оценку резьбовым соединениям.

8.Перечислите основные виды крепёжных деталей.

9.Какие способы стопорения деталей Вы знаете?

10.Как зависит момент, приложенный к ключу, от осевой силы болта?

11.Приведите условие самоторможения в резьба.

12.Какие следует принять меры по выравниванию нагрузки по виткам резьбы?

13.Какие напряжения возникают в резьбе?

14.Перечислите виды разрушения резьбовых деталей.

15.Какое сечение болта принято за расчётное?

16.Как учитываются касательные напряжения от момента трения в резьбе?

17.Чем отличается расчёт чёрных болтов от расчёта чистых болтов и почему?

18.Как определяется расчётная нагрузка болта из условия нераскрытия стыка?

19.От чего зависит значение коэффициента внешней нагрузки?

20.Как рассчитываются болты при переменной нагрузке?

21.Перечислите меры по повышению усталостной выносливости болтов.

22.К чему приводит эксцентричное нагружение болта?

Вопросы, выносимые на экзамен

1.Резьбовые соединения. Классификация резьбы по геометрической форме и назначению. Геометрические параметры резьбы.

2.Основные типы крепёжных деталей. Виды их разрушения. Способы стопорения. Меры по повышению усталостной прочности болтов.

Задача №12

Рассчитать резьбу рым-болта и привести её обозначение на чертеже.

Нагрузка статическая.

F

Примечание. Недостающими данными задаться.

Задача №13

Рассчитать болты винтовой стяжки и привести обозначение резьбы на

чертеже. Нагрузка статическая.

Примечание. Недостающими данными задаться.