4.5.2 Расчет групповых болтовых соединений под действием нагрузки, сдвигающей детали в стыке

На рис. 4.23, 4.24 изображены два типа соединений, нагруженных моментом плоскости стыка. В первом случае (рис. 4.23) болты равноудалены от центра стыка, во втором случае (4.24) находятся от центра на различном расстоянии

Рис. 4. 23

Рис. 4. 24

Если болты поставлены с зазором, то для первого типа соединения условие равновесия

откуда сила, приходящаяся на один болт:

где Z – число болтов.

Для второго типа соединения, если болты поставлены с зазором, условие равновесия

где – число болтов, находящихся на одном расстоянии от центра.

Силы пропорциональны их расстояниям от центра:

С учетом (4.69) и (4.70) нагрузка на наиболее нагруженный болт

По значениям и болты рассчитывают на срез и смятие.

Если болты поставлены без зазора, то для первого типа соединения при условии нормальной работы момент уравновешивается моментом сил трения:

где - коэффициент запаса трения (.

Момент сил трения:

Усилие затяжки болта

Для второго типа соединения, если болты поставлены без зазора, условие равновесия

На практике усилие затяжки на всех болтах принимается одинаковым.

откуда

По значениям , определяемым выражениями (4.74) и (4.76), болты рассчитывают на растяжение с учетом скручивания.

4.6 Расчет болтов при действии переменной нагрузки

В конструкциях подверженных переменному нагружению, обычно используют предварительно затянутые с силой резьбовые соединения.

Рассмотрим соединение для крепления крышки резервуара, нагруженного давлением (рис. 4.19) при условии, что внешняя отрывающая сила (рис. 4.25 а)изменяется по отнулевому циклу.

Рис. 4. 25

Действие силы вызывает нагружение болта силой по асимметричному циклу (рис. 4.25 б) с параметрами

где – сила предварительной затяжки; – коэффициент внешней нагрузки; – амплитуда силы; и – среднее максимальное и минимальное значение силы.

В соответствии с внешним нагружением изменяются и напряжения растяжения в стержне болта (рис. 4.25 в):

где – соответственно минимальное, максимальное и среднее напряжение; амплитуда напряжения; – площадь поперечного сечения болта.

4.7 Допускаемые напряжения и коэффициенты запаса прочности материала резьбовых деталей

При постоянной нагрузке прочность резьбовых деталей оценивается с использованием допускаемых напряжений.

Допускаемые напряжения растяжения в стержне болта:

При контролируемой затяжке: при неконтролируемой затяжке для углеродистой стали , если , и , если ; для легированной стали , если , и , если ( – диаметр болтов).

Первоначальная затяжка создает давление на стыке, обеспечивает прочность и плотность соединения, поэтому рекомендуются высокие значения силы затяжки:

Чтобы резьба работала в расчетных условиях, затяжку (усилия, деформации и т.д.) следует контролировать.

Для болтов «под развертку» допускаемые напряжения среза

Допускаемые напряжения смятия:

сталь чугун бронза

(4.81)

При переменной нагрузке прочность резьбовых соединений оценивается с помощью коэффициентов запаса прочности.

Прочность болта при переменном нагружении обеспечена, если выполнены два условия:

1. Максимальное действующее напряжение не превышает предела текучести (или предела прочности):

2. Амплитуда не превышает предельной амплитуды

(4.83)

где

– предел выносливости гладкого образца при симметричном цикле испытаний ; – коэффициент влияния абсолютных размеров болта (для М6 ; М10 … М24 ); – коэффициент влияния качества поверхностного слоя ( для накатанной резьбы; для нарезанной резьбы); – эффективный коэффициент концентрации ().