19.1.1. Расчет геометрии

Входные параметры:

• Ψ - коэффициент плотности соединения - если не требуется определенная плотность, используется минимальное значение (Ψ_min = 0.2). Для динамической нагрузки (например, соединительного шатунного болта) требуются более высокие значения.

• Fa - максимальная действующая осевая сила

• n - коэффициент входящей силы

• ф_ут - максимальная касательная сила

• f - коэффициент трения в соединении (в смежных материалах)

• z - количество болтов

• d - диаметр резьбы

• p - шаг резьбы с равномерным интервалом (расстояние, измеряемое параллельно своей оси, между подобными точками на смежных формах резьбы в той же осевой плоскости и на той же стороне оси). Шаг равен длине резьбы, деленной на количество витков резьбы

• d_s - средний диаметр болта

• d_min - минимальный диаметр болта

• R_e - предел текучести (максимальное напряжение испытательного образца, при котором не происходит его необратимая деформация)

• k_s - коэффициента запаса прочности (значение подбирается в зависимости от требуемого уровня запаса прочности соединения).

• p_A - допустимое давление резьбы (гайка)

• E₁-модуль упругости Юнга болта (соотношение единичного напряжения и удельной деформации в рамках предела пропорциональности материала при растяжении или сжатии)

• f₁-коэффициент трения резьбы гайки и болта

• f₂-коэффициент трения контактной поверхности гайки и болта

• L-ширина смежного материала

• E₂-модуль упругости смежного материала

Необходимые справочные сведения приведены на рисунке 19.2

Рассчитываемые параметры

• минимальный диаметр резьбы гайки

• диаметр шага резьбы

• рабочая сила в соединении . Определяется осевой силой и должна обеспечивать безопасность передачи касательной силы путем трения смежных материалов. На эту силу также влияет требование к плотности, выраженное в коэффициенте плотности соединения.

• сила предварительного напряжения , где , , , , a = 10 для стали, a = 8 для чугуна, a = 6 для алюминия и его сплавов. Зависит от рабочей силы соединения, с учетом упругой деформации болтов и фланцев путем использования констант деформации cn.

• требуемый момент затяжки (степень стремления силы к вращению тела, на которое она воздействует относительно оси) . Определяется силой предварительного напряжения, коэффициентом трения в резьбах гайки и болта и коэффициентом трения контактной поверхности гайки и болта.

• рассчитанная прочность при растяжении в болте

• рассчитанное напряжение при кручении в болте

• приведенное напряжение в болте

• напряжение, вызванное максимальной силой нагрузки болта

• рассчитанное давление в резьбе

• проверка расчета - напряжение в болте во время затягивания соединения и во время работы (с учетом указанного запаса прочности соединения) и проверка допустимого давления в резьбах , ,

19.1.2 Расчет на прочность

• скорректированный предел выносливости при постоянной силе _C болтового соединения. Определяется для выбранного типа, конструкции, материала и нагрузки соединения по формуле [МПа], где _C-основной предел выносливости испытательной шины из выбранного материала [МПа], k_e-измененный коэффициент концентрации напряжения, k_f-коэффициент других воздействий

• Основной предел выносливости '_e. Если пользователю не известны результаты испытаний материала выбранного болтового соединения и точное значение основного предела выносливости, его можно рассчитать с помощью программы. В этом случае будет рассчитан основной предел выносливости в соответствии с формулой обратной силой тяги – давления

• измененный коэффициент концентрации напряжений k_e. Концентрации высоких местных напряжений возникают в соединении при усталостной нагрузке болтового соединения. Это происходит из-за действия эффекта надреза на болтовое соединение. Эти концентрации существенно снижают усталостную прочность соединения. Измененный коэффициент концентрации напряжения определяется с помощью формулы k_e = 1/K, где коэффициент снижения усталостной прочности K зависит от типа болтового соединения, его формы, конструкции, качества и нагрузки

• коэффициент других воздействий k_f. В этот коэффициент заложены все остальные эффекты, которые могут увеличить или снизить усталостную прочность болтового соединения (например, влияние коррозии)

• усталостную прочность болтового соединения можно определить методом фактического среднего напряжения , где - амплитуда нормального напряжения (среза) [МПа], - предел стойкости при постоянной силе [МПа], - среднее напряжение цикла [МПа], - фактическое среднее напряжение [МПа], - коэффициент сужения по главной диаграмме: для силы растяжения и изгиба 0,15...0,3, для среза 0,1...0,25