1.12. Расчет резьбовых соединений, нагруженных отрывающей силой и опрокидывающим моментом:

Максимально нагруженным будет один или несколько наиболее удаленных от центра масс болтов с раскрываемой стороны.

Т.к. данные соединения нагружены в плоскости, перпендикулярной плоскости стыка, то критериями работоспособности будут:

- прочность болтов;

- прочность основания (для неметаллического основания).

- нераскрытие стыка:

- минимальное напряжение сжатия в стыке после приложения внешней нагрузки

вводится коэффициент запаса по нераскрытию стыка k: , для малоответственных соединений .

Знак + или – выбирают в зависимости от того, раскрывает или прижимает нагрузка стык.

, где - момент сопротивления стыка относительно нейтральной оси.

, где - момент инерции стыка относительно нейтральной оси

- расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленных точек стыка с разгружаемой стороны.

Из условия нераскрыти стыка получим выражение для силы затяжки:

Если основание выполнено из непрочного материала, проверяют прочность основания на смятие: , где - допускаемое напряжение на смятие.

Необходимую площадь поперечного сечения болта, а следовательно и его диаметр d₃ определяют из условия прочности болта:

, где коэффициент 1,3 учитывает скручивание болта при его затяжке.

- площадь болта по диаметру d₃

- суммарная внешняя растягивающая нагрузка, приходящаяся на наиболее нагруженный болт.

- расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленного болта, находящегося на раскрываемой стороне стыка

- расстояние от нейтральной оси до i-го болта

Если кроме отрывающих сил на соединение действует сдвигающая сила, то выполняют проверку на отсутствие сдвига, введя коэффициент запаса по несдвигаемости:

Выразим через силу затяжки и коэффициент трения f, получим: .

Из этого выражения определяется сила затяжки и если она окажется больше силы затяжки, определенной из условия нераскрытия стыка, то именно это значение используют для определения диаметра болта.

1.13. Расчет резьбовых соединений, работающих при переменной нагрузке. Конструктивные и технологические мероприятия по повышению долговечности винтов, работающих при переменной нагрузке:

Большинство винтов, нагруженных внешней отрывающей силой и моментом, действующим в плоскости, нормальной к плоскости стыка, испытывают постоянную нагрузку от затяжки винтов и переменную внешнюю нагрузку, изменяющуюся обычно по обычному пульсационному закону.

В опасном сечении стержня винта действуют постоянные напряжения затяжки: и переменные напряжения растяжения от внешней силы с амплитудой: , где - расчетная площадь сечения винта.

Значительная начальная затяжка увеличивает сопротивление усталости винтов, т.к. повышая жесткость стыка, уменьшает переменную составляющую напряжений в винтах.

Расчетом определяют:

1. запас прочности по амплитудам

, где - предельно допускаемая амплитуда переменных напряжений;

- предел усталости материала винта;

- масштабный фактор;

- эффективный коэффициент концентрации напряжений;

- коэффициент запаса.

2. запас прочности по максимальным напряжениям

- предел текучести материала винта;

- минимально допустимый коэффициент запаса по текучести.

Конструктивные и технологические меры по повышению долговечности винтов:

Варианты выполнения гаек и винта в резьбовой зоне с улучшенным распределением нагрузки ( - коэффициент повышения предела выносливости по сравнению с обычным исполнением):

Некоторое повышение предела выносливости (до 20%) можно получить путем выполнения отверстия под резьбу в гайке со стороны опорной поверхности на конус. В этом случае нагрузка на виток винта со стороны опорной поверхности прикладывается на большем плече а, что увеличивает изгибную податливость витков резьбы винта и снижает долю приходящейся на них нагрузки:

Из технологических мероприятий существенное повышение предела выносливости дает накатка резьбы, при которой волокна материала не перерезываются и, кроме этого, во впадинах резьбы после накатки образуются напряжения сжатия, положительно влияющие на характер напряженного состояния во впадинах наиболее нагруженных витков.