A csavar tengelyirányú terhelése. A menetes csatlakozások szilárdságának kiszámítása

Az alkatrészek csavarozott összekapcsolása lehetővé teszi, hogy szükség esetén szétszereljék a szerkezetet vagy a mechanizmust, és leegyszerűsítik a szétszerelést javítási vagy helyreállítási munkákhoz.

A szerkezet üzemeltetése során az alkatrészek illesztései különféle típusú terheléseket élnek meg, amelyeket figyelembe kell venni a tervezéskor. A csavarkötések a csavarok tengelye mentén irányított terheléseknek (feszültség-kompresszió), radiális (torziós), valamint a csavar tengelyére merőleges síkban terhelhetők. Ez utóbbi, ha a csavar-anya pár meghúzásával kiküszöböli a súrlódási erőt, a rögzítőelem nyírási és nyírási deformációját okozhatja (ezek a erők befolyásolják a szegecseket, csapokat, csapokat, csapokat stb.).

Csavarozott csatlakozással több rész rögzíthető, ami növeli a lehetséges vágott síkok számát, amelyet szintén szükségszerűen figyelembe kell venni a szerkezet tervezésekor.

A deriválás során bizonyos egyszerűsítések megengedettek a részletek által tapasztalt hatások ábrázolásakor, és a megbízhatóság biztosítása érdekében a működő erők maximális értékeit tekintik maximálisnak.

A MEGOSZTOTT TERMÉKEK VIZSGÁLATÁRA VONATKOZÓ CSATLAKOZÁSOK SZÁMÍTÁSI FORMÁK

A nyírócsavart úgy számítják ki, hogy számos tényező befolyásolja a hézag azon képességét, hogy ellenálljon a csatlakoztatott részekre ható erőknek. Ezek a tényezők:

• alkatrészek érdessége;
• az anyagok termési szilárdsága;
• az alkatrész lyukainak átmérője és a csavartengely közötti különbség;
• csatlakozás meghúzási erő;
• az összekapcsolható alkatrészek keresztirányú méretei (vastagság);
• a lyukak elhelyezkedése egymáshoz viszonyítva és a csatlakoztatott részek szélei;
• a csavarrúd átmérője a munkadarabban. A menet külső átmérőjét nem veszik figyelembe, mivel nem ellenáll a külső erőknek;
• azon anyagok súrlódási együtthatói, amelyekből a csatlakoztatott részeket elkészítik.

A hézagok különböző körülményeitől függően a szeletek kiszámítását különböző képletek szerint kell elvégezni.

A csavar átmérője interferenciával (hézag nélkül) egy szeletre a következő képlet alapján számítva:

D \u003d √4P / πt
  D a csavar átmérője;
  P a csavarra ható keresztirányú erő (newtonban);
t a megengedett nyírófeszültség (MPa-ban), amely az anyagtól függ és a referenciatáblák szerint van beállítva, általában 0,2–0,3 a folyási szilárdságon.

A nyírócsavarok szabad hézagjának megakadályozása érdekében , biztosítani kell az alkatrészek közötti megfelelő súrlódási erőt, amelyet egy meghatározott csavar meghúzási erő valósít meg, és amelyet a következő képlettel kell kiszámítani:

Q \u003d P / f
  P a nyíró (nyíró) erőre keresztirányú erő, amelyet a csavar-anya pár meghúzása hoz létre;
  f a súrlódási együttható. Attól függ, hogy mely anyagokból készülnek az összekapcsolt alkatrészek, a párosító felületek tisztaságát és a kenőanyag jelenlétét - a könyvtárak szerint kell beállítani.

is meghúzási erő   kiszámítható a képlet alapján:
  Q \u003d πd²q / 4
  d a csavar menete belső átmérője;
  q a megengedett legnagyobb szakítófeszültség, MPa.

Több ízületnél   a csavart a meghúzási erőre számítják:
  Q \u003d P / fi
  fi az ízületek száma.

Kúpos csavarok   számításuk ugyanúgy történik, mint az interferencia illesztéssel felszerelteknél, mivel a csavarfej kúpos alakja biztosítja az illesztést a rés nélküli alkatrészhez.

Az alkatrészek több rögzítési ponttal rendelkező összeköttetés kiszámításakor a teljes terhelést egyenletesen kell elosztani a rögzítőelemek között, vagy a legkevésbé terhelt szakaszoknál a maximális nyíróerőt kell venni.

A fenti képletek természetesen általános természetűek, nem veszik figyelembe a vegyület összes munkakörülményét. A vegyület szilárdságát befolyásoló, korábban figyelembe vett tényezőket szükség esetén bevezetik ezekbe a képletekbe számításokkal vagy empirikusan kapott kiegészítő együtthatók formájában.

Ezenkívül az alkatrészek csavarokkal történő rögzítésekor figyelembe kell venni azt a tényt, hogy az abszolút értékben és az erő irányában az egyenlőtlenség a csatlakozás különböző szakaszaira hat. A szerkezet szilárdságának biztosítása érdekében össze kell kötni a feszültségdiagram figyelembevételével, különösen azokban az esetekben, amelyeket a szabványok nem írnak elő.

A csavarkötésekre vonatkozó szabványok, amelyeket a szilárdsági és megbízhatósági követelmények figyelembevételével dolgoztak ki, rögzítik a kötőelemek gyártásához használt acélminőségeket, a rögzítőelemek méretét és a köztük lévő távolságot. Ezenkívül a résbe szerelt csavarok esetében a furatok méretét is szabályozzák.

Tehát például az építőiparban alkalmazott követelményeket az STO 0041-2004 ipari szabvány rögzíti „Acélszerkezetek. Csavarozott csatlakozások. Tervezés és számítás. "

A szabványok a kötőelemek széles skálájára vonatkoznak - csavarok, anyák, horony alátétek, amelyek lehetővé teszik a szerkezetek tervezését anélkül, hogy szükség lenne az új alkatrészek és gyártásuk felesleges számításaira. Elegendő a már gyártott ipar előnyeinek kihasználása, a biztonsági mozgástér figyelembevételével történő kiigazítások elvégzésével (az együtthatót rendszerint a csatlakozás maximális terhelésének 1,3-ével egyenlőnek kell tekinteni).

A Csavarösszeállítások képe a rajzokon

Amikor a rajzokon menetes (beleértve a csavarozott) illesztéseket épít, a csavarmeneteket feltételesen ábrázolja. Ez a rajzok egyszerűségét és gyorsaságát eredményezi. Az elfogadott feltételes képeket a GOST 2.315-68 szerint kell telepíteni.

A csavar külső menetét a külső átmérőn hagyományosan egy szilárd fővonal jelzi, a belső átmérőn pedig egy szilárd vékony vonal. A tengelyre merőleges sík metszésével kialakított csavar előrejelzésein a belső átmérőt egy kör háromnegyedére húzott vékony vonal jelzi. A letörés nem látható, csak a csavar hosszanti szakaszán. A vékony és a fő vonal közötti távolság nem lehet nagyobb, mint a menetmagasság, de nem lehet kevesebb, mint 0,8 mm.

Az anya belső menete fordítva van ábrázolva - a fővonal a belső átmérő mentén.

A kereszt- és keresztmetszeti keltetést egy szilárd fővezetékre hajtják végre. Csavarozott csatlakozás alkalmazásakor a csavart, anyát és alátétet a szabványos méreteiknek megfelelően kell meghatározni. Vagyis a szabványos kötőelemek méretét a GOST szerint telepítik rájuk.

Meghibásodás a rúd menet mentén történő törése, a szál megsérülése vagy megsemmisítése miatt. Mivel a szabványos csavarok, csavarok és csapok méretei megfelelnek az azonos szilárdság feltételeinek a megadott kritériumok szerint, a számítást általában egy fő munkakritérium - a rúd vágott részének szilárdsága - szerint végzik el. A rúd szilárdságának kiszámításakor meghatározzák a csavar menetének névleges átmérőjét. A csavar hosszát a csatlakoztatandó alkatrészek vastagságától függően kell meghatározni. A csavar fennmaradó méretei, valamint az anyák, alátétek és anyacsavarok a menet átmérőjétől függően kerülnek meghatározásra a vonatkozó GOST szerint.

Fontolja meg a csavarok statikus terhelés mellett történő kiszámítását.

A csavart tengelyirányú húzóerővel terhelik.

A csavart tengelyirányú húzóerővel terhelik; előzetes és utólagos meghúzása hiányzik (feszítetlen csatlakozás, 1. ábra).

Ez a típusú rakomány viszonylag ritka. A csavarokat ebben az esetben általában a gravitáció befolyásolja. Az emelőgép teherhorogjának menetes vége szolgálhat erre a rakományra.

  Ábra. 1

A csavar szilárdságának feltétele
  ahol σ p  - a számított húzófeszültség a csavar vágott részének keresztmetszetében;
F  - a csavart meghúzó erő;
d 1  - a csavar menete belső átmérője;
[σ p]  - a csavar megengedett húzási feszültsége.

Az (1) képletet használják a csavar ellenőrzésének kiszámításához. Ebből következik a csavar tervezési számításának függősége

  vagy

A csavar meghúzódása következtében szakadást és torzítást tapasztal.

A csavar veszélyes keresztmetszetében fellépő nyomaték megegyezik a pillanattal T  a képlet által meghatározott szálban

  Csak a beállított csavaroknál, amikor meghatározzák a rudak csavarásának pillanatát, a végén lévő súrlódási pillanatot kell figyelembe venni.

Egyenértékű feszültség egy csavarban, amelynek veszélyes keresztmetszetében hosszanti erő merül fel az erővel F  puffadások és nyomaték Ta szálban levő pillanattal megegyezően a képződés energiájának hipotézisével határozhatjuk meg:

ahol σ ekv  - a csavar veszélypontjának egyenértékű (csökkentett) feszültsége;
σ p  - húzási feszültség a csavar keresztmetszetében;
τ k  - a csavar keresztmetszetének kontúrjain fellépő legnagyobb torziós feszültség.

A nyomaték értékét a képletből helyettesítjük a képletbe

  és vegye ki a tényezőt

  a gyökér alól. megkapjuk

Általános vétel acél csavarok  metrikus menettel ψ \u003d 2 ° 30 ", d 2 / d 1 \u003d 1,2  és f \u003d 0,15  mi felel meg ψ \u003d 8 ° 40 "végre kap σ ekv ≈1,3σ p

Következésképpen a feszültségben és a torzításban egyidejűleg működő csavar csak akkor megengedhető úgy, hogy a megengedett húzófeszültséget 1,3-szor csökkentsék, vagy pedig a tervezési erő 1,3-szorosával növekedjen a csavart húzó erővel összehasonlítva.

Ezért a csavar tervezési számítását ebben az esetben javasoljuk a képlet szerint

  vagy

  Ábra. 2

Az előre meghúzott csavart külső tengelyirányú húzóerővel megterheljük; a csavar későbbi meghúzása hiányzik vagy lehetséges.

Az ilyen típusú terhelés a leggyakoribb, mivel a legtöbb menetes csatlakozás a csavarok előzetes meghúzását igényli, ami biztosítja a csatlakozás szorosságát és az összekötő elemek kölcsönös elmozdulásának hiányát, amely megzavarja a csatlakozás működését. Az ebbe a kategóriába tartozó csavarok közé tartozik karima, alap, stb.

A csavar erő előzetes meghúzása után F 3 a csavart megfeszítik és az illesztési részletek összenyomódnak. Amikor egy külső korty csavarkötésére hat F  (3. ábra) annak csak egy része χ F  emellett betölti a csavart és a többi alkatrészt (1-χ ) F  az ízületi részek részleges kiürítésére kerül a tömörítésből (4. ábra). tényező χ   figyelembe véve a külső terhelés arányát Fcsavaronként hívják a külső (fő) terhelési együttható.

  Ábra. 3   Ábra. 4

Mivel a probléma az energiaelosztás F  A csavar és a hézag között statikusan meghatározhatatlan, akkor a deformációk kompatibilitási feltételével oldjuk meg. Ha külső erő csatlakoztatására hat F  mielőtt a hézag kinyílik, a csavarral összekapcsolt alkatrészek tömörítése annyira csökken, amennyire a csavar meghosszabbodik, azaz

  ahol λ d  - a csavarozott alkatrészek megfelelőségi együtthatója;
λ b  - a csavar megfelelőségi együtthatója, azaz a csavar meghosszabbodása feszültség alatt 1 N erő hatására. Az egyenletből következik, hogy a külső terhelési együttható

  Ábra. 5

A csavarok megfelelőségi aránya

  ahol l  - a csavarrúd deformálódó részének hossza, figyelembe véve a csavar által összenyomható részek vastagságát;
A  - a csavarrudak keresztmetszeti területe (lépcsős rudakra - az átlagos csökkentett keresztmetszeti terület);
E  - a csavar anyagának rugalmassági modulusa.

Megfelelőségi együttható meghatározása λ b  a csatlakoztatott alkatrészek a prof. II Bobarykovym.

Bobarykov I. I. szerint az összekapcsolható alkatrészek deformációi az úgynevezett nyomókonusokra terjednek ki (6. ábra), amelyeknek a kisebb alapjainak külső átmérője az anya csapágyfelületének (csavarfej, rugó alátét stb.) És a generátorok külső átmérője. ferde szögben α \u003d 45 °. A legújabb tanulmányok azt mutatták, hogy a szög α<45° . Ajánlott bevenni tg α \u003d 0,5.

  Ábra. 6   Ábra. 7

A számítások egyszerűsítése érdekében cserélje ki a kúpot egy hengerre, amelynek külső átmérője megegyezik a kúp átlagos átmérőjével. A csatlakoztatott alkatrészek megfelelőségi együtthatója



  ahol h 1, h 2, ..., h n  - az összekapcsolható alkatrészek vastagsága;
A 1, A 2, ..., A n  - a nyomó kúpok (hengerek) keresztmetszeti területe a vonatkozó alkatrészekből;
E 1, E 2, ..., E n  - ezen alkatrészek anyagának rugalmas moduljai.

A (6. ábra) ábra szerinti csatlakozáshoz,



  és a (7. ábra) ábra szerinti csatlakozáshoz, az összekapcsolandó alkatrészek azonos anyagaival

Magas megfelelési együtthatóval λ b  csavar és alacsony rugalmasság λ d  csatlakoztatott alkatrészek külső terhelési tényezője χ   kicsi és szinte minden külső erő F megy ki az ízület kirakodására. Alacsony megfelelési együtthatóval λ b  csavarok és nagy rugalmasság λ d  összekapcsolható részek, például ha vastag rugalmas szalagot használnak az illesztésnél, a külső erő legnagyobb része F  továbbítva a csavarra. Rugalmas tömítések hiányában a külső terhelési együttható χ =0,2...0,3 . Rugalmas tömítések jelenlétében az i\u003e együttható χ   nagy jelentőséggel bír, és közel állhat az egységhez.

Az ízület kinyitásának lehetetlensége

  ahol hogy   - a csavar meghúzási együtthatója az erő figyelembevételével F b  a csavar előhúzása; tömítések nélküli csatlakozásokban állandó külső terhelés mellett hogy=1,25...2 változó külső terhelés mellett hogy=2...4 . A tömítésekkel való hézagok szoros körülményei szerint az együttható hogy   Ajánlott 5-re, és néha többre növelni.

A fentiekből következik, hogy a szakítószilárdság F 0a csavarra történő előzetes meghúzás és a külső erő alkalmazása után F  (lásd a 4. ábrát)

  vagy

Későbbi meghúzás hiányában a csavart úgy kell kiszámítani, hogy figyelembe veszi az előzetes meghúzási nyomatékot a tervezési erő szerint, lásd a képletet


  vagy

Az előző erő képletekkel számítva F 0  és F p  külső terhelési tényező χ   a fent megadott határokon belül vannak meghatározva. A csavar kiszámítása után javasolt az érték kiszámítása χ   és hasonlítsa össze az előzőleg elfogadott értékkel. Ha egy korábban elfogadott érték között van χ   és annak számított értéke nagy különbség, akkor az értéket kell vennie χ közelebb a számított értékhez, majd újra kiszámítja a csavart.

A csavar tervezési számítását a későbbi meghúzás hiányában a képlet szerint kell elvégezni

  ahonnan

A csavar tervezési számítását, amelyhez későbbi meghúzás lehetséges, az ezen meghúzás által okozott nyomaték figyelembe vételével kell elvégezni, a 1,3F 0
  ahonnan

A rést tartalmazó lyukba szerelt csavart (8. ábra) keresztirányú erővel terhelik.

  Ábra. 8

Ebben az esetben a csavart ilyen meghúzási erővel meghúzzák F 3úgy, hogy az ebből származó súrlódási erő F ƒ  a csatlakoztatandó részek felületén nem volt kisebb, mint a külső nyíróerő F. Ennek eredményeként a csavar erővel feszülten működik. F 3. A szükséges csavarmeghúzási erőt az állapot határozza meg

  ahonnan

  ahol ƒ   - a csatlakoztatott részek közötti súrlódási együttható; öntöttvas és acél alkatrészekhez ƒ \u003d 0,15 ... 0,2.

A megengedett feszültség a csavar anyagától és átmérőjétől függ, mivel ellenőrizetlen meghúzással fennáll annak a veszélye, hogy a kis átmérőjű csavarokat meg lehet húzni, mielőtt bármilyen tartós alakváltozás bekövetkezne bennük. Ez nehézségeket okoz a tervezés kiszámításában, mivel nem ismert, hogy mekkora megengedett feszültséget kell elfogadni. Ezért a számítást vagy egymást követő közelítések módszerével hajtják végre, vagy a csavarok megengedett meghúzási erőinek táblázatos adatai alapján kerülnek kiszámításra, amelyeket a függőség figyelembevételével számítanak ki [σ t]  a csavarok átmérőjét lásd "A csavarok megengedett meghúzási erői ellenőrizetlen meghúzáshoz" táblázatban.

Szabályozott meghúzással (nagyméretű és tömeggyártásnál) a szénacél csavarok biztonsági tényezője statikus terhelés mellett [s] \u003d 1,3 ... 2,5; nagy értékek azoknak a szerkezeteknek, amelyek megnövekedett felelősséggel rendelkeznek, vagy alacsony pontossággal határozzák meg a tényleges terheléseket.

Megengedett terhelés a csavarozott illesztések összeomlásakor acél alkatrészek rögzítésekor

  öntöttvas alkatrészek rögzítésekor

  ahol σ t  - termékenység;
σ v  - a csatlakoztatandó alkatrészek anyagának szakítószilárdsága.

A menetes rögzítőelemek megsemmisítésének típusai: a rúd törése a menet mentén vagy a fej átmeneti szakasza mentén; a szál károsodása vagy megsemmisülése (zúzás és kopás, nyírás, hajlítás); a csavar fejének (csavar) sérülése.

A szabványos csavarok, csavarok és csapok méretei megfelelnek a csatlakozás minden elemének azonos szilárdságának feltételeinek. Ezért számítással korlátozható egy alapvető kritérium alapján - a menetes rész szilárdsága, valamint a csavarok, csavarok és anyák méretei a szabvány táblázata szerint vehetők figyelembe, a menet számított átmérőjétől függően. A csavar, csavar és csap hosszát a csatlakoztatandó alkatrészek vastagságától függően választjuk meg.

Fontolja meg az erő kiszámítását menetes csatlakozások  állandó terhelés mellett.

A csavart egy külső F erővel (egy csavar előzetes meghúzása nélkül) terheljük, például egy horog vágott szakaszával a teher felfüggesztésére. A vágással meggyengített horogszakasz veszélyes (26.21 ábra). A szakítószilárdság feltételeitől

(26.22)

(26.23)

ahol \u003d 0,6– a szénacél csavar megengedett szakító feszültsége.

A csavart F s meghúzási erővel meghúzzuk, és nincs külső terhelés (terheletlen burkolatok, tartók stb.). A csavartengely a feszültség és a torzió kombinált hatását éri, azaz kinyújtva tengelyirányú erő  F 3 a csavar meghúzásától, és egy olyan pillanattal elforgatva, amely megegyezik a T p menetes súrlódási pillanattal ((26.16 képlet)) .Az ilyen csavarok szilárdságát (26.22 ábra) az egyenértékű feszültség határozza meg

(26.24)

ahol a húzófeszültség a (26.22) képlettel határozható meg, F \u003d F s; - torziós stressz, - a csavar szükséges biztonsági tényezőjét, az anyagtól függően

a csavar, a teher jellege és a csavar átmérője.

A szokásos metrikus menetek esetében, azaz a csavar kiszámítása a feszültség és a torzió együttes hatására a szakítószilárdság kiszámításával helyettesíthető, de az F p erő 1,3-szoros növekedésével. Metrikus szálakhoz

(26.25)

A csavar menetének becsült átmérőjét a (26.23) képlet határozza meg, a következő módon:

Csavarozott csatlakozás  olyan erőkkel terhelve, amelyek elmozdítják az alkatrészeket az ízületben A csatlakozás megbízhatóságának feltétele, hogy az alkatrészek ne nyíródjanak a kereszteződésnél.

A résnél (26.23. Ábra a) a csavart előzetes meghúzással szereljük be. Az F külső erő nem közvetlenül továbbadódik a csavarhoz, ezért kiszámítják a feszültség mentén

meghúzási erő F s.

rizs. 26.23

Az alkatrészek nyírásának elkerülése érdekében rés esetén a hézag felületének súrlódási erőnek nem lehet kisebb, mint a külső F nyíróerő:

(26.26)

ahol én  - a csatlakozások száma a csatlakozásban; f -súrlódási együttható; K  - biztonsági tényező ( K  \u003d 1,3 - 1,5 statikus és K  \u003d\u003d 1,8 - 2,0 változó terhelésnél); Z a csavarok száma a csuklóban.

A csavart ebben az esetben a meghúzási erő számítja ki

(26.27)

Ha a csavart rés nélkül telepíti (26.23. Ábra b), előzetes meghúzás nem szükséges. A csavar nyírást és zúzódást tapasztal. A csavarszár számít

vágott, finom részletekkel - és zúzás. Erőfeltételek:

(26.28)

ahol a csavar anyagának számított és megengedett feszültsége nyírónként \u003d \u003d (0,2 - 0,3); d o - a csavar nem vágott részének átmérője; –A számított és a legkisebb megengedett zárófeszültség (a csavar vagy alkatrész anyaga esetén) \u003d (0,8 - 1,0); S-legkisebb alkatrészvastagság.

A csavart meghúzzuk, és a külső terhelés hajlamos kinyitni az összeköttetést (csavarok légköri nyomással terhelt gáz- és folyadéktartályok fedelének rögzítéséhez, hengerek rögzítése, szivattyúk, ágyak az alapokhoz stb.). A csavarok meghúzásának biztosítania kell a csatlakozás szorosságát vagy a hézag kinyílását (a rés kialakulásának megelőzése érdekében) terhelés alatt. Ezt a problémát a kapcsolat részleteinek deformációjának figyelembevételével oldják meg.

A külső terhelés (R az eredő terhelés; Z a csavarok száma) a csavar meghosszabbodását okozza (26.24 ábra), és az alkatrészek deformációja ugyanolyan mértékben csökken. A csavar részének terhelése szintén csökken. Ezért gondolják, hogy a csavar érzékeli a külső terhelés egy részét.

hol a külső terhelési együttható, amely megmutatja, hogy a külső terhelésnek mekkora részét érzékeli a csavar (figyelembe veszi a csavar és a csatlakoztatandó alkatrészek megfelelőségét).

Az értéket a csavar és az alkatrészek további deformációinak egyenlőségének feltétele határozza meg. Az összekapcsolt részek sűrűségének fenntartásának feltételétől (a rés lehetetlensége),

(26.31)

ahol K z - az előzetes meghúzás biztonsági tényezője: állandó terhelésnél K z \u003d 1,25 - 2,0; K s \u003d 2,5 - 4 változóval.

Az erő kiszámításakor, ha lehetséges a csavar későbbi meghúzása, akkor azt a tervezett F p terhelésnek megfelelően kell kiszámítani, figyelembe véve a torzítást: (26.32)

A méretek a külső fogazású kerekekhez vannak megadva.