Расчет болтов, подверженных действию переменных нагрузок

При действии на деталь переменной нагрузки, как известно, происходит её усталостное разрушение. Амплитудное значение напряжений (наибольшее положительное значение переменной составляющей цикла), приводящее к разрушению, в 10…20 раз меньше, чем при статическом разрушении, поэтому обеспечение прочности болтов при переменных нагрузках представляет собой актуальную, но достаточно сложную задачу.

Наиболее характерным случаем действия переменных нагрузок является их действие по пульсирующему (отнулевому) циклу (), когда нагрузка меняется от 0 доF_max, например, соединение крышек цилиндров у ДВС и дизелей и т. п.

При расчете учитывается действие только растягивающих нагрузок, т. к. крутящие нагрузки от затяжки при действии переменных нагрузок обычно снимаются и стержень болта раскручивается.

Очевидно, что в процессе работы соединения постоянным остается только усилие затяжки F_зат, а меняется часть внешних сил, приходящихся на болт .

Используя предыдущие рассуждения, имеем

или

где F_max и - соответственноmax значение силы, действующей на болт и напряжений, в нем возникающих.

Согласно графикам циклов изменения напряжений

Принимая , имеем

, где

Усилия затяжки при переменных нагрузках уменьшает переменную составляющую(увеличивая часть внешних сил на затяжку, поэтому здесь целесообразна значительная затяжка соединений.

Обычно принимают , иногда.

Для расчета болтов используют диаграмму предельных напряжений в координатах: максимальные напряжения - среднее, которая может быть построена при известных значениях коэффициента концентрациии масштабного фактора, т. к. условия нагружения болтов при переменных нагрузках характеризуются высокой концентрацией напряжений в резьбе, особенно с увеличением диаметра резьбы.

Предельная амплитуда цикла практически не зависит от, т. к. при небольшихв зонах концентрации напряжений появляется местная пластическая деформация. Поэтому предельная кривая прочности проведена под углом 45⁰.

Напряжение - по сути является пределом выносливости соединений, т. е.

.

Для определения напряжений в конкретном болте необходимо из начала координат провести луч под углом до пересечения с линиями, ограничивающими прочность болта и на ней определяется соответствующие напряжения:

.

Далее определяются запасы прочности болта по амплитудным max напряжениям

,

где .

Коэффициент концентрации выбирается по таблице в зависимости от предела прочностии типа резьбы.

Таблица 16.2 – Коэффициент концентрации

, МПа	Метрическая	Дюймовая
400 600 800 1000	3,0 3,9 4,8 5,2	2,2 2,9 3,5 3,8

Расчеты на прочность резьбы

Эти расчеты производятся как проверочные. Для стандартных резьбовых изделий проверку прочности резьбы проводить не надо, т. к. полагают, что стержень болта и резьба равнопрочны.

1.Проверка резьбы по напряжениям среза.

Если материал гаек и болтов одинаков, то наиболее вероятный срез витков – по внутреннему диаметру болта d₁.

.

Если гайка менее прочна, то наиболее вероятный срез по внутреннему диаметру гайки (наружный диаметр болта d)

,

где K – коэффициент неполноты резьбы (0,75 – для треугольной,0,5 – для прямоугольной, 0,65 – для трапецеидальной); Н=0,53d – высота гайки; K_m – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по виткам (при );- допускаемое напряжение среза.