Материал: Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие. Нилов В.А., Рукин Ю.Б

Рис. 10.8 Схема для расчета болта, установленного с зазором , нагруженного поперечной силой

Рис. 10.9 Схема для расчета болта, установленного без зазора, нагруженного поперечной силой

В первом случае болт работает на растяжение и должен стягивать детали на столько, чтобы обеспечить необходимую силу трения (Nf) между ними, которая должна препятствовать их скольжению относительно друг друга. В случае сдвига деталей болт начнѐт работать на изгиб и срез.

105

Чтобы избежать сдвиг, сила трения (Nf) между деталями должна быть больше силы (Р), т.е.

Таким образом, сила на которую следует рассчитывать болт при поперечных нагрузках резко возрастает, а размеры болтов будут громоздкими.

Для разгрузки болтов от работы на поперечную силу применяются различные разгрузочные устройства, например, конический штифт и др. (Рис. 10.10). В этом случае, штифт (1) работает на срез, а болт на растяжение. Конструкция значительно облегчается.

Рис. 10.10 Соединение с болтами, разгруженными от сдвига а – шпонкой и втулкой; б – круглой шпонкой и штифтом

106

Во втором случае, когда болт установлен без зазора, тело болта работает на срез и смятие.

Сила Р срезает болт. Расчѐт ведут на срез по наружному диаметру d0.

Величина P обычно задаѐтся. Зная Р определим d0:

10.6. Расчет напряженных болтовых соединений

Напряжѐнным болтовым соединением называют такое, в котором болты ставятся с предварительной затяжкой. При этом во время сборки гайки затягивают так, что в болте возникает предварительное осевое усилие. Напряжѐнные болтовые соединения в практике машиностроения встречаются значительно чаще, чем ненапряжѐнные, например, для крепления крышек цилиндров паровых машин, двигателей внутреннего сгорания, для плотного соединения фланцев трубопроводов и др.

Рис. 10.11 Соединение, нагруженное отрывающими силами

107

Случай 1. Болт предварительно затянут и затем нагружен внешней силой.

При затягивании гайки болт упруго деформируется под действием усилия затяжки РЗ, удлиняясь на некоторую величину ЗБ , а стягиваемые им элементы конструкции, в свою

очередь, сжимаются на величину З.Д . После предваритель-

ной затяжки болта на соединение начинает действовать внешняя постоянная сила Р и стержень болта будет испытывать усилие Р0. В результате болт удлиняется дополнительно на величину Р.Б . , что даст возможность сжатым элементом кон-

струкции несколько расправится (расшириться) на величинуР.Д . Таким образом, после приложения внешней силы “Р”

только часть еѐ “XP” дополнительно к силе РЗ нагружает болт, а остальная часть Р-χР=Р(1-χ) затрачивается на частичную разгрузку (ΔℓРД) элементов конструкци от сжатия.

Величина “χ”, учитывающая долю внешней нагрузки “Р”, приходящуюся на болт, называется коэффициентом внешней нагрузки.

Задача о распределении силы “P” между болтом и стыком соединения является статически неопределимой. Решение еѐ возможно с помощью условия совместности деформаций. Под действием силы “P” (в пределах до раскрытия стыка) болт удлиняется на столько (ΔℓРБ), на сколько (ΔℓРД) уменьшится сжатие элементов конструкции. Это условие можно записать уравнением вида:

где: λБ – коэффициент податливости болта, т.е. удлинение болта при растяжении под действием силы в 1 кгс или 1 Н величина, обратная коэффициент жѐсткости;

– коэффициент податливости соединяемых болтом де-

талей.

Из уравнения (1) находим:

108

χР λБ = Р – χР

;

Б

коэффициент податливости болта равен:

Б EF ;

где: – длина деформируемой части стержня болта, принимаемая равной толщине сжимаемых болтом соединяемых деталей;

F – площадь поперечного сечения болта;

E – модуль продольной упругости материала болта.

Рис. 10.12 Деформированное состояние резьбового соединения до затяжки (а), после затяжки (б)

и после приложения внешней нагрузки (в)

Среднее, наиболее характерные значения коэффициента “χ” для соединений металлических деталей без прокладок составляют 0,2…0,3.

109