1.4 Сила затяжки

1. Сила затяжки из условия отсутствия сдвига

В случае общей схемы нагружения (рис. 2.8), кроме сдвигающей силы F_d, на стык действуют еще отрывающие F_z, M_x, M_y. Влияние моментов M_x и M_y не учитывают, поскольку (рис. 2.14) они не изменяют суммарной силы трения F_f на стыке (компенсация: слева – F_f, справа + F_f). Отрывающая сила F_z ослабляет давление и силу трения на стыке и требует увеличения затяжки. Сжимающая сила F_z увеличивает силу трения. На ослабление или усиление стыка деталей расходуется часть внешней нагрузки (1 – ) F_z.

2. Сила затяжки из условия нераскрытия стыка

В этом случае каждый из z болтов предварительно затянут силой F_зат2, т.е. весь стык нагружен силой zF_{зат 2}. Напряжения сжатия на стыке при этом:

_зат = zF_зат2 / A_ст,

где А_ст – площадь стыка, мм², (рис. 2.15).

Отрывающая сила F_z разгружает стык на величину (1 – ) F_z. Напряжения сжатия _зат на стыке уменьшатся на _F = (1 – ) F_z / A_ст.

Наибольшие напряжения от изгиба стыка моментом М действуют в точках А и В. С учетом податливостей элементов соединения _М = 10³(1 – ) М /W_ст,

1.5 Порядок расчета болтов для общей схемы нагружения

1.5.1 Расчет при статической нагрузке

1. Расчетная осевая сила на наиболее нагруженном болте (болт с зазором) по формуле (2.16)

F_Б = 1,3F_зат + F,

где F_зат определяют по формулам (2.17) и (2.18).

Если F_зат1 > F_зат2 (например, в 1,5 и более раза), то для восприятия силы F_d следует применять разгружающие стык от сдвига устройства, а в формулу (2.16) подставлять значение F_зат2.

2. Возможность затяжки болтов рабочим стандартным гаечным ключом определяется из соотношения F_зат = 70F_раб, откуда требуемое усилие рабочего: F_раб = F_зат / 70  [F_раб] = [200…300] Н.

Если F_раб < [F_раб], то необходим контроль затяжки при сборке.

Если F_раб > [F_раб], то следует предусмотреть дополнительные меры по обеспечению F_зат.

3. В проектировочном расчете находят внутренний диаметр резьбы болта d₁, мм:

d₁ = [4F_Б / ([]_P)]^1/2, (2.19)

где []_P = _Т / [S], МПа (_Т определяют по выбранному классу прочности; [S] – коэффициент безопасности).

Расчетный диаметр d₁ округляется в большую сторону до d₁ по ГОСТ 24705–81.

4. Конструктивно определяется длина болта l, мм:

l = _i + l₃,

где _i – сумма толщин всех соединяемых деталей, мм; l₃ – запас на выход стержня болта за пределы гайки, мм.

Длина l округляется по ГОСТ на болты.

5. Если размеры болтов известны (например по конструктивным рекомендациям), то из формулы (2.19) определяют _Р и требуемую величину _Т:

_Р = 4F_Б / (d₁²); _Т = _Р[S].

По величине _Т назначают безопасный класс прочности болта из условия _Т  _Т, где _Т – предел текучести материала, соответствующий выбранному классу прочности.

1.5.2 Расчет при переменной нагрузке

Проводят проверочный расчет по коэффициентам безопасности:

а) на предотвращение пластической деформации:

S_Т = _Т / _max = _Т / (_зат + 2_а)  [S_Т] = 1,25…2,5,

где _зат = 1,3F_зат / А₁ – напряжение предварительной затяжки, МПа; А₁ – расчетная площадь сечения болта по d₁, мм²; _а = (F_Бmax – F_Бmin) / (2A₁) – амплитуда напряжений, МПа; F_Бmax и F_Бmin – соответственно максимальная и минимальная внешняя нагрузка на оси болта по формуле (2.16), Н;

б) на ограничение амплитуды цикла:

S_a = _alim / _a  [S_a] = 2,5…4,

где _alim = _-lР K_dK_V / K_ – предельная амплитуда цикла, МПа; _-lР – предел выносливости гладкого образца при симметричном цикле напряжений растяжение-сжатие; K_d – коэффициент влияния размеров болта; K_V – коэффициент влияния качества поверхностного слоя; K_ – эффективный коэффициент концентрации напряжений.

Все параметры, входящие в формулу _alim выбирают по справочникам.

Виды отказов и способы устранения

Непрямолинейность оси стержня болта, винта или шпильки. При таком дефекте может сильно возрасти нагрузка на чать резьбы, которая быстро разрушить часть несколько витков - данный дефект можно довольно быстро устранить при помощи правки в тисках или с помощью винтового пресса.

Забоины, вмятины на резьбе - «Прогонка» резьбы резьбовыми инструментами

Трещины в резьбовой части детали Заварка трещины с последующим повторным нарезанием резьбы

Смятие граней, шлицев, отверстий для ключей и отверток 1. Запиливаиие.

2. Наплавка с последующей обработкой

Заедание гайки по причине увеличения шага резьбы винта вследствие его растяжения Замена болта или ремонт вышеуказанными способами.

Выход из строя наружной резьбы вследствие износа, среза, смятия и изгиба витков 1. Протачивание резьбы до ближайшего меньшего стандартного диаметра и последующее нарезание резьбы меньшего размера.

2. При невозможности из условий прочности уменьшения размера резьбы ее восстанавливают наплавкой металлизацией и другими способами

Выход из строя внутренней резьбы вследствие износа, среза, смятия и изгиба витков 1. Рассверливание отверстия до ближайшего большего стандартного диаметра и последующее нарезание резьбы большего размера.

2. Рассверливание отверстия для установки в него на резьбе или клее переходной втулки с внутренним диаметром резьбы нужного размера