2. Розрахунок з’єднань на звичайних болтах

З’єднання на болтах класів точності А, В і С працюють в основному на зсув і рідко на розтяг.

За зсуву, що виникає під дією сили N, зусилля передаються від стінки отвору на стержень болта. Зсув y з’єднанні призводить до перерізування стержня болта по площинах контактів елементів, що з’єднуються, а також до зминання стінок отворів по поверхнях їх контакту із стержнем болта (рис. 1). Іншими словами, болт зрізується, а елементи, що з’єднуються, зминаються. Умовно, для зручності розрахунків, зминання віднесене до напруженого стану болтів, тобто вважається, що болт у з’єднанні працює на зріз і зминання.

Така робота болтового з’єднання в значній мірі умовна, оскільки неточне співпадіння отворів, неправильність форми болтів і отворів, а також неоднаковий натяг болтів під час закручування гайок призводять до нерівномірної роботи багатоболтового з’єднання.

Дійсна робота болтових з’єднань враховується розрахунковими опорами, а також коефіцієнтами умов роботи. Тому сила N, яка проходить через центр ваги з’єднання, умовно вважається розподіленою порівну між всіма болтами.

Вимоги до болтів за різних умов їх застосування Таблиця 2

Умови застосування		Технологічні вимоги за ГОСТ 1759.4-87*
кліматичний район	умови роботи болтів	клас міцності (табл. 1)	додаткові види випробувань (табл. 10)	марка сталі болтів
1	2	3	4	5
В конструкціях, які не розраховуються на витривалість
Всі райони, крім І1, І2, ІІ2, ІІ3**	Розтяг чи зріз	4.6; 5.6 4.8; 5.8 6.6 8.8 10.9	Поз.1 Теж саме - » - - » - - » -	За табл. 1 Теж саме 35Х 35Х; 38ХА 40Х
І1, І2, ІІ2, ІІ3	Розтяг чи зріз	4.6; 5.6 4.8*; 5.8* 8.8	Поз.1 і 4 Поз.1 Поз.3 і 7	За табл. 1 Теж саме 35Х; 38ХА
	Зріз	4.8; 5.8 8.8 10.9	Поз.1 - -	За табл. 1 35Х; 38ХА 40Х
В конструкціях, які розраховуються на витривалість
Всі райони, крім І1, І2, ІІ2, ІІ3**	Розтяг чи зріз	4.6; 5.6 6.6 8.8	Поз.1 і 4 Те саме -	За табл. 1 35Х 35Х; 38ХА
	Зріз	4.8; 5.8	Поз.1	За табл. 1
І2, ІІ2, ІІ3**	Розтяг чи зріз	4.6; 5.6 8.8	Поз. 1 і 4 Поз. 3 і 7	За табл. 1 35Х; 38ХА
	Зріз	4.8; 5.8 8.8	Поз.1 -	За табл. 1 35Х; 38ХА
І1	Розтяг чи зріз	8.8	Поз. 3 і 7	35Х; 38ХА
1	2	3	4	5
	Зріз	4.6; 5.6 4.8*; 5.8* 8.8	Поз.1 і 4 Поз. 1 -	За табл. 1 Теж саме 35Х; 38ХА
* Вимагається додатковий наступний відпуск за t = 650oC. ** А також для конструкцій, які будуються в кліматичних районах І1, І2, ІІ2 і ІІ3, але експлуатуються в приміщеннях, які опалюються. Примітки: 1. В усіх кліматичних районах, крім І1, І2, ІІ2 і ІІ3, у з’єднаннях, які не розраховуються, допускається застосовувати болти з підголовком класу точності С і В за ГОСТ 15590-70* і ГОСТ 7795-70* без додаткових видів випробувань, які передбачені в даній таблиці. 2. У разі замовлення болтів класів міцності 6.6; 8.8; 10.9 за ГОСТ 1759.4-87* потрібно вказувати марки сталі. 3. У разі замовлення болтів класів міцності 4.8 і 5.8 необхідно вказувати, що застосування автоматної сталі не допускається. 4. Високоміцні болти за ГОСТ 22356-77* із сталі марки 40Х «селект» без регульованого натягу застосовують в тих самих конструкціях, що і болти класу міцності 10.9.

Рис. 1. Схема болтового з’єднання

1 - стержень болта; 2 - головка болта; 3 - гайка; 4 - шайба

(не більше 2-х під гайку і однієї під головку); 5 - елементи,

що з’єднуються; 6 - площини зрізів; 7 - поверхні зминання

Розрахункове зусилля N_b, яке може бути сприйняте одним болтом, тобто несуча здатність одного болта, визначається за формулами:

а) під час роботи на зріз ; (1)

б) під час роботи на зминання ; (2)

в) під час роботи на розтяг , (3)

де R_bs, R_bр, R_bt - розрахункові опори болтів відповідно зрізу, зминанню та розтягу (формули для визначення розрахункових опорів наведені в табл. 3, а їх числові значення в табл. 4 і 5); _b - коефіцієнт умов роботи болтового з’єднання (табл. 6); А - розрахункова площа перерізу стержня болта, А = d²/4 (табл. 7); A_bn - площа перерізу болта нетто (табл. 7); n_s - кількість розрахункових зрізів одного болта; d - номінальний діаметр стержня болта (табл. 7); - найменша сумарна товщина елементів, що зминаються в одному напрямку.

У з’єднанні, що представлене на рисунку 1, розрахункова несуча здатність болта визначатиметься за меншим із двох значень, які обчислені в разі роботи на зріз і в разі роботи на зминання. Оскільки болти виконують (виготовляють) із сталі з достатніми пластичними властивостями, то за рахунок пластичних деформацій в граничному стані відбувається перерозподіл зусиль між всіма болтами з’єднання. Тому всі болти руйнуються одночасно і несуча здатність з’єднання дорівнює сумі несучих здатностей всіх болтів, що складають з’єднання. Наближення ідеалізованої схеми роботи, коли всі болти руйнуються одночасно, до фактичної здійснюється введенням коефіцієнта умов роботи з’єднання _b (див. табл. 6).

Необхідна кількість болтів у з’єднанні за дії поздовжнього зусилля N визначається як

n = N/(N_min_с), (4)

де N_min - найменше із зусиль, що може бути сприйняте одним болтом в разі роботи на зріз або зминання (формули 1 і 2);

_с - коефіцієнт умов роботи конструкції (див. табл. 3 дод.1).

За дії у з’єднанні моменту, який викликає зсув елементів, що з’єднуються, розподілення зусиль в болтах слід приймати пропорційно відстаням від центру ваги з’єднання до цих болтів. Болти, які одночасно працюють на розтяг і зріз, необхідно перевіряти окремо на розтяг і окремо на зріз, а болти, які працюють на зріз від одночасної дії поздовжнього зусилля та моменту, слід перевіряти на рівнодіюче зусилля.

У деяких випадках кількість болтів у з’єднанні повинна бути збільшена порівняно з розрахунковою:

1. в разі кріплення одного елемента до другого через прокладки або інші проміжні деталі - на 10%;

2. в стиках з односторонньою накладкою - на 10%;

3. в разі одностороннього прикріплення жорсткого елементу до гнучкого (наприклад, кутика до фасонки) - на 10%;

4. в разі кріплення виступаючих полиць кутиків або швелерів за допомогою коротишів кількість болтів на одній з полиць коротиша збільшується на 50 % проти розрахункової (якщо на двох полицях, то кількість болтів подвоюється), оскільки значно збільшується шлях передачі зусилля через коротиш і збільшується деформативність з’єднання.

Розрахунок самих елементів, що з’єднуються, на міцність виконують з урахуванням послаблень перерізу отворами (тобто за площею перерізу нетто), але з допущенням пружно-пластичної роботи матеріалу.

Руйнування болтових з’єднань відбувається шляхом відриву головки болта, перерізування стержня болта по різьбі, а також виколювання металу в елементах, що з’єднуються.