Втабл. П.129, П.65-П.66 приведены ряды стандартных размеров под крепежные отверстия и предельные отклонения размеров, координирующих оси этих отверстий.
Втабл. П.126, П.127 приведены размеры стандартных шайб под крепежные
детали.
Втабл. П.128 приведеныпараметрыопорныхповерхностейподкрепежныедетали.
7.3.МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ
Втабл. П.130-П.138 приведены механические свойства крепежных резьбовых деталей и величины разрушающих усилий.
Втабл. П.139 приведены величины максимальных усилий затяжки и максимальных моментов затяжки для резьбовых соединений.
7.4.РАСЧЕТ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
7.4.1.ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТЫ
|
БЕЗОПАСНОСТИ |
|
Допускаемые напряжения на растяжение: |
|
|
- для пластичных материалов: |
|
|
σp = |
σт ; |
(7.1) |
|
Sτ |
|
- для хрупких материалов: |
|
|
σp = |
σв , |
(7.2) |
|
Sв |
|
где Sτ, Sв – коэффициенты безопасности по статической прочности.
Ориентировочные значения коэффициентов запаса прочности для болтов, винтов и шпилек при расчете на разрыв в соединениях с неконтролируемой затяжкой приведены в табл. П.140.
Для соединений с контролируемой затяжкой: - при статической нагрузке:
Sτ =1,3 −1,5 ; |
(7.3) |
Sв =1,3 −1,5 ; |
(7.4) |
-при переменной нагрузке:
-коэффициент безопасности по амплитуде:
Sa = 2,5 −4,0 ; |
(7.5) |
- коэффициент безопасности по максимальным напряжениям:
Smax ≥1,25 . |
(7.6) |
Болты соединений, работающих при высоких температурах (для конструкционных сталей t>300°С и легких сплавов t>150°C) должны быть проверены по пределам ползучести и длительной прочности.
Значения запасов соответственно:
Sп =1,4 −2,5; |
(7.7) |
Sд =1,6 −4,0 . |
(7.8) |
|
297 |
Значения допускаемых напряжении τр и σсм р для болтов, винтов и соединяемых деталей приведены в табл. П.141.
7.4.2.ПРОЧНОСТЬ РЕЗЬБЫ ГАЕК И БОЛТОВ
Вкачестве крепежных резьб, как правило, используют однозаходную резьбу.
Для однозаходной резьбы:
|
S = P , |
|
|
|
|
|
|
|
|
(7.9) |
||||||
где |
S – ход резьбы, |
|
||||||||||||||
|
P – шаг резьбы, |
|
||||||||||||||
|
Угол подъема резьбы: |
|
||||||||||||||
|
β = arctg |
|
|
S |
|
= arctg |
P |
, |
(7.10) |
|||||||
|
|
πd2 |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
πd2 |
|
|||||
где |
d2 |
= |
|
d +d1 |
|
; |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
|
ρ = arctgμp |
|
|
|
|
(7.11) |
||||||||||
где |
ρ – угол трения в резьбе; |
|
||||||||||||||
|
μp = |
|
μ′ |
|
|
|
|
|
(7.12) |
|||||||
|
cos α |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
||
где |
μ′ – коэффициент трения в резьбе. |
|
||||||||||||||
|
Движущая окружная сила равна: |
|
||||||||||||||
|
Ft = Fa tg(β+ ρ), |
(7.13) |
||||||||||||||
где |
Fa |
|
– осевая сила на винте. |
|
||||||||||||
|
Площадь поперечного сечения болта при расчетах на прочность: |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
πd |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
A |
= |
|
|
|
|
p |
, |
|
|
|
|
(7.14) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
sp |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
dp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
|
– расчетный диаметр болта. |
|
|||||||||||||
|
dp = d −0,94P ≈ d1 . |
(7.15) |
||||||||||||||
|
Расчет болта на разрыв: |
|
||||||||||||||
|
σ = |
|
4Fa |
|
≤ σ |
p |
(7.16) |
|||||||||
|
|
πd 2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
7.4.3. ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОЧНОСТЬ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Основными конструктивными параметрами, определяющими прочность вит-
ков, являются отношение dP и относительная высота гайки Hd (где d – наружный диаметр резьбы болта, P – шаг резьбы, H – высота гайки).
298
Приведем влияние относительного шага |
P |
на прочность резьб в диапазоне |
|||||||||||
|
|||||||||||||
|
|
|
P |
|
|
|
d |
|
|
|
|||
применяемых значений |
|
=0,02-0,20. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
d |
|
|
|
|
P |
|
||||
1. Напряжение |
разрыва σр существенно уменьшается с |
уменьшением |
|||||||||||
d |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
|||
(в 1,5 раза в диапазоне |
|
|
=0,2-0,02), |
что объясняется увеличением внутреннего |
|||||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
||
диаметра резьбы болта d1 с уменьшением шага резьбы Р. |
|
|
|
||||||||||
Увеличение d |
и |
P понижает |
сопротивление усталости |
резьбовой детали |
|||||||||
(масштабный эффект). Резьбы диаметром (30-60) мм имеют приблизительно в 2 раза меньшие пределы выносливости, чем резьбы диаметром (6-16) мм.
При переменных нагрузках для повышения податливости болта целесообразно уменьшать диаметр стержня болта (шпильки) dс .
Обычно принимают:
- при переменных нагрузках dc =0,8-1,05, d1
- при статических нагрузках dc =1,05-1,15. d1
2. Напряжения среза слабо уменьшаются с измельчением резьбы в 1,25 раза.
При статических и переменных нагрузках можно рекомендовать dP =10-15. Не ре-
комендуется применять резьбу с отношением dP менее 8.
При мелкой резьбе dP >20 может наступить явление цепкого среза, когда раз-
рушение витков идет одно за другим и равнопрочности гайки и болта нельзя достичь даже при очень большой высоте гайки. Для гаек из пластмасс цепной срез вит-
ков возможен при dP >7. В целом мелкие резьбы несколько более выгодны по проч-
ности, чем крупные. Однако точное изготовление мелких резьб сложнее, чем крупных, достичь равномерного распределения нагрузки по виткам у них труднее.
3. Напряжения смятия незначительно уменьшаются при уменьшении Pd и при m =1 составляют от 0,3 до 0,45, а при m =2 – от 0,55 до 0,8 напряжений разрыва.
4. Напряжения изгиба падают с уменьшением Pd и при m=1 составляют от
0,25 до 0,3, а при m =2 – от 0,5 до 0,6 напряжений разрыва. При стесненном изгибе (срез) напряжения в основании витков равны (0,13 −0,15)σр .
5. При равноценных механических свойствах материала гайки и болта сопротивление усталости резьбы повышается с увеличением высоты гайки до H =1,2d .
Дальнейшее увеличение высоты гайки не дает существенного возрастания прочности, так как нагрузка на первый виток изменяется очень мало.
299