Робота та розрахунок болтів на дію зсувних зусиль

Для з'єднань, у яких елементи зсуваються один відносно іншого, може бути два види вичерпання несучої здатності: зріз стержня болта або зминання металу.

Рис. 4.14. Робота болтового з'єднання

При зминанні металу стержень болта згинається, що призводить до його видовження. з'являються значні розтягуючи зусилля. Тому руйнування відбувається у результаті обриву або голівки, або розриву стержня болта у місці різьби, тобто там, де є значні концентрації напружень. Можливе руйнування і елементів, що з'єднуються. Якщо товщина або міцність елементів невеликі, то у матеріалі з'єднуваних елементів можуть розвиватися значні пластичні деформації. Це призводить до руйнування елементів. Болт “прорізує” метал елемента.

Несучу здатність одного болта визначають:

за зрізом стержня  ;за зминанням

де R_bs, R_bp – розрахункові опори болта відповідно на зріз та зминання.

Розрахунковий опір болта на зріз залежить від класу болта і знаходиться згідно з формулами табл. 5 СНиП. Значення R_bsвміщені у табл. 58 СНиП. Для класу 4.6R_bs=150 МПа, а для класу 10.9R_bs=400 МПа.

Розрахункові опори зминанню елементів R_bp залежать від тимчасового опору з'єднуваних елементів та класу точності отворів для болтів (болти підвищеної точності належать до класу точності А). Значення R_bpвміщені до табл. 59 СНиП.

_в– коефіцієнт умов роботи з'єднання табл. 35 СНиП.

Для одноболтових з'єднань елементів конструкцій зі сталі з межею текучості до 285 МПа _в=0,8, вище 285 МПа_в=0,75.

Для багатоболтових з'єднань при класі точності А значення _в=1,0, інакше_в=0,9;

А – розрахункова площа стержня болта, обчислена за його діаметром. Значення вміщені у таблицю 62 СНиП; n_s – кількість площин зрізу; d – діаметр болта;t – найменша сумарна товщина елементів, які зминаються в одному напрямку.

Кількість болтів у з'єднанні обчислюється за формулою:

,

де N_min – менше із значень розрахункових зусиль для одного болта, знайдене з умов зрізу стержня або зминання.

Обов'язково треба перевіряти міцність з'єднуваних елементів, враховуючи ослаблення перерізу отворами. Але допускається пружно-пластична робота матеріалу з'єднуваних елементів, що враховується коефіцієнтом умов роботи _с, який має значення 1,05 – 1,1.

Робота і розрахунок з'єднань на високоміцних болтах

У з'єднаннях на високоміцних болтах зсувні зусилля передаються не через зріз стержня болта (або через зминання), а за рахунок тертя між поверхнями з'єднуваних елементів, стиснутих натягом болтів.

Несуча здатність болта визначається силами тертя.

Розрахункове зусилля, яке може бути сприйняте однією поверхнею тертя

,

де R_bh– розрахунковий опір матеріалу високоміцного болта розтягу; R_bh=0,7 R_bun; R_bun– найменший тимчасовий опір болта розриву, приймається залежно від діаметра різьби та сталі, з якої виготовлений болт, табл. 61 СНиП; R_bunзмінюється від 600 МПа до 1350 МПа;А_bn – площа болта нетто;_b – коефіцієнт умов роботи з'єднання, залежить від кількості болтівn, необхідних для сприйняття розрахункових зусиль:

_b=0,8 n

_b =0,9n

_b =1,0 n

_n– коефіцієнт надійності для з'єднання на високоміцних болтах (табл. 36 СНиП);- коефіцієнт тертя

На несучу здатність болтового з'єднання дуже впливає стан контактних поверхонь. Поверхні, які додатково не підготовлені, мають найнижчі значення коефіцієнта тертя (=0,25). При ретельній обробці поверхонь ( наприклад обробка дробом) значення=0,58. Таким чином зростає і несуча здатність. Значення коефіцієнта тертя залежно від обробки поверхонь надані у табл. 36 СНиП. У цій же таблиці вміщені і значення коефіцієнта надійності_nзалежно від виду навантаження (динамічне чи статичне) та зазору між болтами та отвором, а також від способу регулювання натягу болтів. Значення_nзмінюються у досить великих межах: від 1,02 до 1,7.

Необхідна кількість болтів у з'єднанні, що знаходиться під дією зсувального зусилля, обчислюється за формулою

де К – кількість поверхонь тертя

Натяг високоміцних болтів треба робити осьовим зусиллям Перевірку міцності з'єднуваних елементів, ослаблених отворами під болти, виконують при динамічних навантаженнях – за площею перерізу неттоA_n, а при статичних навантаженнях за площею брутто А, коли A_nА, або умовною розрахунковою площею А_с= 1,18 A_n, якщо A_n0,85А.