Расчет длины шпильки онлайн. Расчет резьбовых соединений при различных случаях нагружения

Напряжение скручивания от момента сопротивления в резьбе:

где [σ] р - допускаемое напряжение растяжения:

(6.13)

Здесь а т - предел текучести материала болта; [s] т - коэффициент за­паса прочности.

Коэффициент запаса прочности [s] T при расчете болтов с неконтро­лируемой затяжкой принимают по табл. 6.4 в зависимости от материала и диаметра резьбы d.

Таблица 6.4. Значения коэффициента запаса прочности [х] т при расчете болтов с неконтролируемой затяжкой

В начале проектировочного расчета ориентировочно задаются номи­нальным диаметром d резьбы и по табл. 6.4 принимают T не зависит от диаметра d резьбы. В этом случае для углеродистых сталей s] T = 1,7…2,2; для легированных - [.s] T = 2…3.

Расчет резьбового соединения ведут в последовательности, изло­женной в решении примера 6.2.

Пример 6.2. Винтовая стяжка имеет два резьбовых отверстия с правой и левой мет­рической резьбой крупного шага (рис. 6.29). Определить номинальный диаметр резьбы винтов, если на соединение действует осевая сила F, = 20 кН. Материал винтов -сталь марки 20, класс прочности 4.6. Затяжка неконтролируемая.

Решение. 1. Для резьбового соединения с неконтролируемой затяжкой по табл. 6.4 принимаем И т = 3 в предположении, что номинальный диаметр d резьбы находится в интервале 16…30 мм. По табл. 6.3 о т = 240 Н/мм 2 .

Допускаемое напряжение [формула (6.13))

2. Расчетная сила [формула (6.11)]

3. Минимально допустимое значение расчетного диаметра резьбы винтов [формула (6.12)]

Случай 2. Болтовое соединение нагружено с двигающей силой F. Чаще всего в таком соединении (рис. 6.30) болт ставят с зазором в отверстия деталей. При затяжке болта на стыке деталей возникают силы трения, которые препятствуют относительному их сдвигу. Внешняя сила F непосредственно на болт не передается.

Расчет болта проводят по силе затяжки F 0:

где К= 1,4…2 - коэффициент запаса по сдвигу деталей; f - коэффициент трения; для стальных и чугунных поверхностейf =0,15…0,20; i - число стыков (на рис. 6.30 / = 2); z -число болтов.

При затяжке болт работает на ра­стяжение и скручивание, следовательно, F pac 4 =1,3F 0 [см. формулу (6.11)].

Расчетный диаметр резьбы болта определяют по формуле (6.12). Допуска­емое напряжение [σ] р подсчитывают так же, как в первом случае расчета.

В болтах, поставленных с зазором, сила затяжки F 0 значительно больше сдвигаю­щей силы F, что требует больших диа­метров болтов или большого числа их. Так, при К= 1,5, i = 1, f =0,15 и z= 1 по формуле (6.14)

F 0 = 1,5F/(1 * 0,15*1) = 10F.

Для уменьшения силы затяжки болта при нагружении соединения сдвигающей силой применяют различные замки, втул­ки, штифты и др. (рис. 6.31). Роль болта в таких случаях сводится к обеспечению плотного соединения деталей.

Для уменьшения диаметров болтов применяют также болты для отверстий из-под развертки. Они могут быть (рис. 6.32) цилиндрическими (а) или конусными (б). Затяжка соединения гайкой предохра­няет болт от выпадания, увеличивает не­сущую способность соединения за счет трения на стыке. Работают такие бол­ты на срез, как штифты. Диаметр стер­жня болта d 0 определяют из условия проч­ности на срез:

Рис. 6.32. Схема для расчета болтов, поставленных без зазора в отверстия из-под развертки

Случай 3. Болтовое соединение предварительно затянуто при сбор­ке и нагружено внешней осевой растягивающей силой. Этот случай соединения часто встречается в машиностроении для крепежных кры­шек цилиндров (рис. 6.33, а, б), находящихся после сборки под давле­нием, головок блоков цилиндров ДВС, крышек подшипниковых узлов и т. п.

Обозначим: F n - сила предварительной затяжки болта при сборке; F- внешняя растягивающая сила, приходящаяся на один болт.

Предварительная затяжка болта при сборке должна обеспечить плотность соединения и отсутствие раскрытия стыка после приложе­ния внешней (рабочей) силы F. При действии на затянутое соединение внешней осевой растягивающей силы F детали соединения работают совместно: часть внешней силы %F дополнительно нагружает болт, остальная часть (1 -x)F- разгружает стык. Здесь % - коэффициент основной (внешней) нагрузки.

Рис. 6.33. Схема для расчета болтового соединения:

а -болт затянут, соединение не нагружено; б-болт затянут, соединение нагружено

Задача о распределении нагрузки между болтом и стыком является статически неопределимой и решается из условия совместности пере­мещений болта и соединяемых деталей до раскрытия стыка. Под дей­ствием внешней растягивающей силы болт дополнительно удлиняется на А/ б. На то же значение Д/ л = Д/ б уменьшается сжатие деталей.

По закону Гука упругие удлинения (укорочения) прямо пропорци­ональны приращениям нагрузок, т. е.

где λ б и λ д - податливости соответственно болта и соединяемых деталей, численно равные изменениям длин под действием сил в 1 Н. Из курса «Сопротивления материалов» известно, что для бруса постоянного се­чения λ = l/(ЕА), где l , Е, А - соответственно длина, модуль продольной упругости и площадь поперечного сечения бруса (см. ).

Суммарная сила, действующая на болт,

Для снижения дополнительной нагрузки χF на болт желательны малые значения χ для чего болт должен быть податливым (длинным и малого диаметра), а детали стыка - жесткими (массивными, без прокладок). В этом случае почти вся внешняя сила F идет на разгрузку стыка и мало нагружает болт. При большой податливости деталей и стыка (наличие толстых упругих прокладок) и малой податливости болта (короткий и большого диаметра) большая часть внешней силы F передается на болт.

Для ответственных соединений коэффициент х основной нагрузки находят экспериментально.

В приближенных расчетах принимают:

без упругих прокладок Х = 0,2;

для соединений стальных и чугунных деталей с упругими проклад­ками (паронит, резина, картон и др.) χ= 0,3…0,4.

Формула (6.17) справедлива, пока не началось раскрытие стыка деталей и не нарушилась плотность соединения. Минимальная сила предварительной затяжки болта, обеспечивающая нераскрытие стыка деталей,

Практически предварительная затяжка болта F 0 должна быть больше F 0 min Из условия нераскрытия стыка соединяемых деталей принимают:

где К ш - коэффициент запаса предварительной затяжки: при постоян­ной нагрузке К. ш = 1,25…2; при переменной нагрузке £, ат = 2,5…4.

При расчете болта на прочность в формуле (6.17) необходимо учесть влияние момента сопротивления в резьбе при затяжке.

Расчетная сила болта с учетом влияния скручивания при затяжке:

Расчетный диаметр резьбы болта определяют по формуле (6.12). Допускаемое напряжение на растяжение болта подсчитывают по форму­ле (6.13), назначая коэффициент запаса прочности [s] T для контроли­руемой или неконтролируемой затяжки.

СИЛА ЗАТЯЖКИ

Расчет затянутого болта, ненагруженного внешней осевой силой.

Болт испытывает растяжение и круче­ние только от затяжки. Требуемую силу за­тяжки болта определяют в зависимости от характера нагружения резьбового соедине­ния. В машиностроении такие болтовые соединения встречаются в клеммовых со­единениях (рис.36), в креплениях люков, крышек и т. п. В таких соеди­нениях стержень болта растягивается силой затяжки F 3

Рис. 36. Клеммовое соединение

Проверочный расчет производят по - эквивалентному (приведенно­му) напряжению для опасной точки.

Условие прочности

. (11)

Эквивалентное напряжение определяем по гипотезе энергии формоиз­менения:

(12)

Для резьбы

(14)

где - напряжение растяжения в опасном сечении болта; - наиболь­шее напряжение кручения; d 1 - внутренний диаметр резьбы; - ко­эффициент затяжки, учитывающий скручивание стержня болта.

Проектировочный расчет затянутого болта, ненагруженного осевой си­лой. С учетом формул (13) и (14) внутренний диаметр резьбы болта

(15)

Допускаемое напряжение для болта.

Практикой установлено, что болты с резьбой, меньше М10, можно повредить при недостаточно квалифицированной затяжке. Поэтому в силовых соединениях не рекомендуют применять болты малых диаметров (меньше М8). На некоторых производствах для затяжки болтов используют специальные ключи предельного момента. Эти ключи не позволяют приложить при затяжке момент, больше установленного.

Расчет затянутого и дополнительно нагруженного внешней осевой силой болта.

Этот случай является весьма распространенным (фланцевые, фунда­ментные и тому подобные болтовые соединения). Для большинства резь­бовых изделий требуется предварительная затяжка болтов, обеспечиваю­щая плотность соединения и отсутствие взаимных смещений деталей сты­ка. После предварительной затяжки под действием силы предварительной затяжки болт растягивается, а детали стыка сжимаются. Помимо силы предварительной затяжки на болт может действовать внешняя осевая сила. Типичный случай показан на рис.37, где внешняя сила создается за счет давления р. Расчет ведут по результирующей нагрузке болта.

Рис. 37. Болты крепления крышки к сосуду

Перечисленные виды резьбовых соединений относят к напряженным соединениям.

Проверочный расчет проводят по условию (9). Рассмотрим два слу­чая расчета. При определении расчетного напряжения а р в качестве силы, растягивающей болт, принимается: F o - осевая сила, растягивающая болт, действующая на него после предварительной затяжки и приложения к нему внешней силы F , или F p - осевая, растягивающая болт сила при от­сутствии последующей подтяжки. Осевые силы:

где К 3 - коэффициент затяжки болта (для соединения без прокладок при переменной нагрузке К 3 = 1,25 ÷ 2,0; для соединения с прокладками ); - коэффициент внешней (основной) нагрузки (для соединения без про­кладок = 0,2 ÷ 0,3; для соединения с упругими прокладками = 0,4 ÷ 0,9).

Проектировочный расчет затянутого болта с дополнительной осевой на­грузкой при отсутствии последующей затяжки:

Болтовое соединение нагружено силами в плоскости сты ка.

Условием надежности соединения является отсутствие сдвига деталей в стыке. Конструкция может быть собрана по двум вариантам.

Расчет болта, нагруженного поперечной силой F r при установке его с зазором (рис. 38).

В этом случае болт ставится с зазором в отверстие деталей. Для обеспечения неподвижности соединяемых листов 1, 2, 3 болт за­тягивают силой затяжки F 3 . Во избежание работы болта на изгиб его следует затянуть так сильно, чтобы силы трения на стыках деталей были больше сдвигающих сил F r .

Рис. 38. К расчету болтов соедине­ ния, несущего поперечную нагрузку.

Болт установлен с зазором

Рис. 39. К расчету болтов соединения, несущего поперечную нагрузку.

Болт установлен без зазора

Обычно силу трения принимают с запасом: F f = KF r . (К –коэффициент запаса по сдвигу деталей, К = 1,3 – 1,5 при статической нагрузке, К = 1,8 – 2 при переменной нагрузке).

Найдем требуемую затяжку болта. Учтем, что сила затяжки бол­та может создавать нормальное давление на i трущихся поверхностях (на рис. 38) или в общем случае

где i – число плоскостей стыка деталей (на рис.37 – i = 2; при соединении только двух деталей i = 1); – коэффициент трения в стыке (= 0,15 – 0,2 для сухих чугунных и стальных поверхностей);

Как известно при затяжке болт работает на растяжение и кручение поэтому прочность болта оценивают по эквивалентному напряжению. Так как внешняя нагрузка не передается на болт, его рассчитывают только на статическую прочность по силе затяжки даже при переменной внешней нагрузке. Влияние переменной нагрузки учитывают путем выбора повышенных значений коэффициента запаса.

Проектировочный расчет болта, нагруженного поперечной силой:

внутренний диаметр резьбы

Расчет болта, нагруженного поперечной силой, с установкой его без зазора (рис. 39). В этом случае отверстие калибруют разверткой, а диаметр стержня болта выполняют с допуском, обеспечивающим беззазорнуюпосадку. При расчете прочности данного соединения не учитывают силы трения в стыке, так как затяжка болта не контролируется. В общем случае болт можно заменить штифтом. Стержень болта рассчитывают по напряжениям среза и смятия.

Условие прочности

где - расчетное напряжение среза болта; F r - поперечная сила; d c - диаметр стержня в опасном сечении; - допускаемое напря­жение среза для болта; i - число плоскостей среза (на рис. 39 i = 2);

Рис. 40. Варианты конструкций, разгружающие болты от поперечной нагрузки

Проектировочный расчет. Диаметр стержня из условия среза

(22)

Закон распределения напряжений смятия по цилиндрической поверхности контакта болта и детали трудно установить точно. Это зависит от точности размеров и форм деталей соединения. Поэтому расчет на смятие производят по условным напряжениям. Эпюру действительного распределения напряжений заменяют условной с равномерным распределением напряжений.

Для средней детали (и при соединении только двух деталей)

или

(23)

для крайних деталей

. (24)

Формулы (23) и (24) справедливы для болта и деталей. Из двух значений в этих формулах расчет прочности выполняют по наибольшему, а допускаемое напряжение определяют по более слабому материалу болта или детали. Сравнивая варианты постановки болтов с зазором и без зазора (рис.37 и 38), следует отметить, что первый вариант дешевле второго, так как не требует точных размеров болта и отверстия. Однако условия работы болта, поставленного с зазором, хуже, чем без зазора. Так, например, приняв коэффициент трения в стыке деталей f = 0,2, К = 1,5 и i = 1, из формулы (20) получим F заm = 7,5F . Следовательно, расчетная нагрузка болта с зазором в 7,5 раз превышает внешнюю нагрузку. Кроме того, вследствие нестабильности коэффициент трения и трудности контроля затяжки работа таких сопений при сдвигающей нагрузке недостаточно надежна.

Стержень винта нагружен только растягивающей силой. Этот случай встречается редко. Примером служит нарезанный участок крюка для подвешивания груза (рисунок 4.25). Опасным бывает сечение, ослабленное резьбой. Расчет сводится к определению внутреннего диаметра резьбы d 1 из условия прочности на растяжение, которое имеет вид:

где – допускаемое напряжение на растяжение для винта (болта);

где – предел текучести материала болта; [п T ] – требуемый (допускаемый) коэффициент запаса прочности.

Для болтов из углеродистой стали принимают [п T ] = 1,5 – 3. Большие значения коэффициента запаса [п T ] принимают при невысокой точности определения величины нагрузки F или для конструкций повышенной ответственности.

Рисунок 4.25 – Грузовой крюк под нагрузкой

Напряжение кручения от момента Т p

. (4.19)

Требуемое значение силы затяжки определяют следующим образом:

где А – площадь стыка деталей, приходящаяся на один болт, см – напряжения смятия в стыке деталей, значение которого выбирают по условиям герметичности.

Прочность болта определяют по эквивалентному напряжению:

. (4.20)

Рисунок 4.26 – Соединение под действием усилия затяжки

Практические вычисления показывают, что для стандартных метрических резьб эк 1,3 .

Это позволяет рассчитывать болты на прочность по следующей упрощенной формуле:

, (4.21)

, (4.22)

где [σ] – допускаемые напряжения на растяжение для винта (болта), определяемое по формуле (4.17).

Практикой установлено, что болты с резьбой, меньше М10, можно повредить при недостаточно квалифицированной затяжке. Поэтому в силовых соединениях не рекомендуют применять болты малых диаметров (меньше М8). На некоторых производствах для затяжки болтов используют специальные ключи предельного момента. Эти ключи не позволяют приложить при затяжке момент, больше установленного.

Болтовое соединение нагружено силами в плоскости стыка. Условием надежности соединения является отсутствие сдвига деталей в стыке. Конструкция может быть собрана по двум вариантам.

Болт поставлен с зазором (рисунок 4.27). В этом случае болт ставится с зазором в отверстие деталей. При затяжке болта на стыке деталей возникают силы трения F ,которые препятствуют относительному их сдвигу. Внешняя сила F непосредственно на болт не передается, поэтому его рассчитывают по силе затяжки F .Рассматривая равновесие детали 2 , получим условие отсутствия сдвига деталей

, или , (4.23)

где i – число плоскостей стыка деталей (на рисунке 4.27 – i = 2; при соединении только двух деталей i = 1); – коэффициент трения в стыке (= 0,15 – 0,2 для сухих чугунных и стальных поверхностей); К –коэффициент запаса по сдвигу деталей (К = 1,3 – 1,5 при статической нагрузке, К = 1,8 – 2 при переменной нагрузке).

Рисунок 4.27 – Болт поставлен с зазором

Как известно при затяжке болт работает на растяжение л кручение поэтому прочность болта оценивают по эквивалентному напряжению – формула (4.21). Так как внешняя нагрузка не передается на болт, его рассчитывают только на статическую прочность по силе затяжки даже при переменной внешней нагрузке. Влияние переменной нагрузки учитывают путем выбора повышенных значений коэффициента запаса.

Рисунок 4.28 – Болт поставлен без зазора

Болт поставлен без зазора (рисунок 4.28). В этом случае отверстие калибруют разверткой, а диаметр стержня болта выполняют с допуском, обеспечивающим беззазорную посадку. При расчете прочности данного соединения не учитывают силы трения в стыке, так как затяжка болта не контролируется. В общем случае болт можно заменить штифтом. Стержень болта рассчитывают по напряжениям среза и смятия. Условие прочности по напряжениям среза будет иметь вид:

, (4.24)

где i – число плоскостей среза (на рисунке 4.28, a i =2; при соединении только двух деталей – рис. 4.28, б i = 1); [τ] – допускаемое напряжение на срез для стержня болта:

= (0,2 – 0,3) т. (4.25)

Диаметр стержня болта d определяют из условия прочности на срез формула (4.24):

Закон распределения напряжений смятия по цилиндрической поверхности контакта болта и детали (рисунок 4.29) трудно установить точно. Это зависит от точности размеров и форм деталей соединения. Поэтому расчет на смятие производят по условным напряжениям. Эпюру действительного распределения напряжений (рисунок 4.29, а) заменяют условной с равномерным распределением напряжений (рисунок 4.29, б).

Для средней детали (и при соединении только двух деталей)

или (4.27)

для крайних деталей

. (4.28)

Формулы (4.27) и (4.28) справедливы для болта и деталей. Из двух значений [ см ] в этих формулах расчет прочности выполняют по наибольшему, а допускаемое напряжение определяют по более слабому материалу болта или детали. Сравнивая варианты постановки болтов с зазором и без зазора (рисунок 4.27 и 4.28), следует отметить, что первый вариант дешевле второго, так как не требует точных размеров болта и отверстия. Однако условия работы болта, поставленного с зазором, хуже, чем без зазора. Так, например, приняв коэфициент трения в стыке деталей = 0,2, К = 1,5 и i = 1, из формулы (4.23) получим F заm = 7,5F . Следовательно, расчетная нагрузка болта с зазором в 7,5 раз превышает внешнюю нагрузку. Кроме того, вследствие нестабильности коэффициент трения и трудности контроля затяжки работа таких сопений при сдвигающей нагрузке недостаточно надежна.

Рисунок 4.29 – Распределение напряжений смятия по цилиндрической поверхности контакта болта и детали

Болтовое соединение предварительно затянуто при сборке и гружено внешней осевой растягивающей силой . Этот случай соединения (рисунок 4.30) часто встречается в машиностроении для крепления крышек цилиндров, подшипниковых узлов и т. п. Обозначим: F з – сила предварительной затяжки болта при сборке; F – внешняя растягивающая нагрузка, приходящаяся на один болт. Предварительная затяжка болтов должна обеспечить герметичность соединения или нераскрытие стыка под нагрузкой.

В результате предварительной затяжки болта силой F з (рисунок 4.30, б и рисунок 4.31) он удлинится на величину Δl б , а детали стыка сожмутся на Δl д (на рисунках для большей наглядности величины Δl б и Δl д сильно увеличены).

При действии на предварительно затянутый болт внешней растягивающей нагрузки F (рисунок 4.30, в и рисунок 4.31) болт дополнительно удлинится на величину Δl’ б , а сжатые детали частично разгрузятся и восстановят свою толщину на Δl’ д, причем, в пределах до раскрытия стыка,

Δl’ б= Δl’ д . (4.29)

Рисунок 4.30 – Схема для расчета болтового соединения:

а – болт не затянут;

б – болт затянут;

в – к затянутому болту приложена внешняя сила F

Рисунок 4.31 – Изменение нагрузки и деформации в болтовом соединении с предварительной затяжкой и последующим нагружением осевой растягивающей силой

Действие сжатых деталей на болт уменьшится и составит F cm (рисунок 4.30, и рисунок 4.31), которое называется остаточным усилием затяжки.

В этом случае часть внешней нагрузки пошла на разгрузку стыка F д, а оставшаяся часть внешней нагрузки пошла на догружение болта F б. В итоге можно записать:

F д +F б =F. (4.30)

Известно, что деформация определяется по формуле

Выражение – называется податливостью, тогда . Равенство (4.29) можно записать в виде: , тогда , последнее подставляем в (4.30). В результате получаем , откуда

, (4.31)

где – коэффициент внешней нагрузки, – податливость деталей,– податливость болта.

После подстановки (4.31) в (4.30) получим F д + F= F, откуда

F д =F-F =F(1-). (4.32)

Коэффициент внешней нагрузки показывает, какая часть внешней нагрузки F идет на догружение болта F , а оставшаяся часть

F (l- ) идет на разгрузку деталей в стыке см. (4.31) и (4.32).

Полное усилие или расчетная (суммарная) нагрузка на болт F (рисунок 4.31)

Условие нераскрытия стыка F cm > 0. На рис. 4.31 видно, что

тогда условие нераскрытия стыка будет иметь вид F д -F (1 – )>0 или F 3 > F(1 - ). На практике рекомендуют принимать

, (4.34)

где К з – коэффициент запаса затяжки, тогда расчетное усилие F р определяют по формуле:

при постоянной нагрузке К з –(1,25...2), при переменной нагрузке К з = (2,5 – 4).

Определение податливости болта и деталей. В простейшем случае при болтах постоянного сечения и однородных деталях (рис. 4.32)

где Е б и Е д – модули упругости материалов болта и деталей; А б и А д – площади сечения болта и деталей; l б – длина болта, участвующая в деформации; l д = δ 1 + δ 2 – суммарная толщина деталей; приближенно l б = l д.

Рисунок 4.32 – Конусы давления

В формуле (4.36) под расчетной площадью А д принимают площадь только той части деталей, которая участвует в деформации от затяжки болта. Условное определение этой площади в простейшем случае изображено на рисунке 4.32. Здесь полагают, что деформации от гайки и головки болта распространяются в глубь деталей по конусам с углом 30°, или tg = 0,5. Приравнивая объем этих конусов к объему эквивалентного цилиндра, находим его наружный диаметр D 1 и площадь цилиндра А д

. (4.37)

Опыт расчетов и эксплуатации конструкций показывает, что коэффициент обычно небольшой.

При приближенных расчетах принимают:

1. Для соединений стальных и чугунных деталей, без упругих прокладок = 0,2 – 0,3.

2.Для соединений стальных и чугунных деталей с упругими прокладками (асбест, поронит, резина и др.) = 0,4 – 0,5.

3. В уточненных расчетах определяют значения д и б , а затем .

При проектировании резьбовых соединений основным правилом является: жесткие фланцы – податливые болты.

Если болт затянут предварительно, до приложения внешней нагрузки, то расчетное усилие на болт с учетом влияния кручения при затяжке

Прочность болта при переменных нагрузках . Наиболее характерным случаем действия переменных внешних нагрузок на болтовые соединения является действие нагрузок, изменяющихся от 0 до F (по отнулевому циклу).

Амплитуда напряжения болта

где А б – площадь опасного сечения болта.

Среднее напряжение

где з – напряжения затяжки.

Максимальное напряжение

.

Опыт эксплуатации резьбовых соединений, подверженных действию переменных нагрузок, а также испытания соединений на усталость показывают целесообразность значительной начальной затяжки соединений для болтов из углеродистых сталей равной (0,6 – 0,7) т, а из легированных сталей – (0,4 – 0,6) т.

Затяжка увеличивает усталостную прочность болтов (так как уменьшает переменную составляющую напряжений в болтах) и соединяемых деталей (так как уменьшает микросдвиги). Следует учитывать, что напряжения затяжки при эксплуатации могут несколько снизиться вследствие обмятия микронеровностей на стыках и релаксации напряжений в болтах.

В расчетах проверяют запас прочности по амплитудам и максимальным напряжениям.

Запас прочности по амплитудам определяют как отношение предельной амплитуды (приближенно принятой равной пределу выносливости винта при симметричном цикле нагружения) ал =к действующей амплитуде напряжений :и

. (4.42)

Расчет болтов, подверженных переменной нагрузке, выполняют в форме проверочного. Значение коэффициента запаса прочности по амплитудам должно быть больше или равно 2,5, обычно п а = 2,5 – 4. Значение коэффициента запаса прочности по максимальным напряжениям должно быть больше или равно 1,25.

Расчет групповых болтовых соединений сводится к определению наиболее нагруженного болта и оценке его прочности.

F F =. (4.43)

Нагрузки от момента (реакции F T 1 , F T 2 ,..., F Т z) распределяются по болтам пропорционально их деформациям при повороте кронштейна. Деформации пропорциональны расстояниям болтов от центра тяжести сечения всех болтов, который считается центром поворота. Направление реакций болтов перпендикулярно радиусам r 1 , r 2 ,..., r z . Наиболее нагруженным будет тот болт, который максимально удален от оси поворота. Составим условие равновесия:

где и откуда.

Следовательно:

.

Тогда можно определить максимальную нагрузку от момента Т

. (4.45)

Суммарная нагрузка на каждый болт равна геометрической сумме соответствующих сил F F и F Ti .

Рисунок 4.34 – Групповое болтовое соединение нагруженное в плоскости стыка

За расчетную принимают наибольшую из суммарных нагрузок. Сравнивая значения и направление реакций, можно сделать вывод, что для соединения, показанного на рисунке 4.34 наиболее нагруженными болтами являются 1-й и 3-й (реакции F F и F T близки по направлению).

В данной конструкции соединения болты могут быть поставлены без зазора или с зазором.

Болт поставлен без зазора . Нагрузка воспринимается непосредственно болтами, поэтому наиболее нагруженный болт рассчитывают по напряжениям среза и смятия [см. формулы (4.24) и (4.27)].

Болт поставлен с зазором . Отсутствие сдвига обеспечивается силами трения в стыке, которые образуются в результате предварительной затяжки. По найденной максимальной суммарной силе F 1 определяют усилие затяжки наиболее нагруженного болта. Этим усилием затягивают все болты, а расчет выполняют на растяжение. Необходимая затяжка болтов

где К = 1,3 – 2 – коэффициент запаса затяжки; F max = F 1 –сила, приходящаяся на наиболее нагруженный болт; f – коэффициент трения в стыке деталей (для сухих чугунных и стальных поверхностей f = 0,15 – 0,2).

F 1 и М раскрывают стык, a F 2 сдвигает детали. Нераскрытие стыка и отсутствие сдвига обеспечивают усилием затяжки болтов F зат. Допустим, что при действии момента М детали поворачиваются так, что стык остается плоским, тогда напряжения в стыке от М распределяются по линейному закону.