Материал: Детали машин и основы конструирования. Учебное пособие. Нилов В.А., Рукин Ю.Б
Силы
(1-χ)Р |
|
χ Р |
||||||
|
|
|
|
|
Р |
|
Р0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р3 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 10.13 Схема нагружения напряженного резьбового соединения
Условие невозможности раскрытия стыка определяется уравнением:
Р3 = К3 (1-χ)Р
где: КЗ – коэффициент затяжки болта, учитывающий величину
силы РЗ.
При постоянной внешней нагрузке, в соединениях без прокладок:
К3 = 1,25…2
При переменной внешней нагрузке:
КЗ = 2…4
При условии герметичности в соединениях с прокладками:
КЗ = 5
Осевая, растягивающая болт сила Р0, действующая на него после предварительной затяжки и приложения к соединению внешней силы Р, будет равна.
Р0 = РЗ + χР = КЗ(1 – χ)Р + χР
или: Р0 = [KЗ(1 – χ) + χ]Р.
При отсутствии последующей затяжки болт рассчитывается с учѐтом крутящего момента предварительной затяжки. Расчѐтная сила Ррасч. определяется по формуле:
110
Ррасч = 1,3РЗ + χР
или:
Ррасч = [1,3KЗ(1 – Х) + Х]Р.
При вычислении сил Р0 и Ррасч. коэффициентом “χ” задаются в пределах, указанных выше. Затем, после определения d1,
болта следует вычислить значение “χ” и сравнить его с предварительно принятым значением. Если разница между этими значениями окажется большой, то следует принять значение “χ”, близкое к расчѐтному, а затем болт рассчитать заново.
Случай 2. Болт подвержен действию переменных нагрузок
Болты, винты, шпильки, находящиеся под действием переменных нагрузок, рассчитываются на выносливость и становятся на рабочее место с предварительной затяжкой РЗ. В большинстве случаев переменная внешняя нагрузка на болт изменяется по отнулевому (пульсирующему) циклу. Так, например, нагружены шатунные болты.
Напряжения
Время
Рис. 10.14 Схема нагружения напряженного резьбового соединения при переменных напряжениях
Переменная внешняя нагрузка изменяется от 0 до Р и распределяется между стыком и болтом таким образом, что на болт приходится часть еѐ, равная “χР”. Значит на болт действу-
ет сила Р0 = РЗ + χР.
Напряжение начальной затяжки болта равно:
111
|
PЗ |
[ ]З |
З |
F1 |
|
|
|
[ζ]З = (0,4…0,6)ζТ;
где ζТ – предел текучести материала болта при растяжении. Амплитуда напряжений цикла:
|
P |
|
d |
2 |
|
|
|
; F |
1 |
; |
|
a |
|
|
|||
2F1 |
1 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Среднее напряжение цикла:
сред. 
з 
а .
Максимальное напряжение цикла:
max |
сред |
а или max |
З 2 a . |
Расчѐт на выносливость болтов в этом случае производится как проверочный по коэффициенту запаса прочности по амплитуде, а иногда по коэффициенту запаса прочности по максимальному напряжению.
Для проведения этого расчѐта болт предварительно рассчитывается из условия статической прочности его при отсутствии последующей затяжки по формуле:
d 1,13 |
Pрасч. |
; |
|
||
1 |
[ ]p |
|
|
||
или с последующей затяжкой:
d1 1,3
[ P0]p ;
Затем последовательно определяются РЗ; Хχ; Р; ζЗ. После чего болт рассчитывается на выносливость.
Так, расчѐт болта на выносливость по запасу прочности по амплитуде производится по формуле:
112
na 
K RP 
na . a
Расчѐт болта на выносливость по запасу прочности по максимальному напряжению осуществляется по уравнению:
n
T 
n
max
где: na – коэффициент запаса прочности по амплитуде;
[na] – допускаемый коэффициент запаса прочности по амплитуде. [na] = 2,5…4;
n – действительный коэффициент запаса прочности по максимальному напряжению;
[n] – допускаемый коэффициент запаса прочности по максимальному напряжению.
ε – масштабный коэффициент, учитывающий влияние размеров детали на предел выносливости. Величина “ ” находится из графиков или таблицы;
ζRP – предел выносливости материала болта при растяжении, при симметричном цикле изменения напряжений;
KБ – эффективный коэффициент концентрации напряжений. Для нарезанных болтов из углеродистой стали: KБ = 4
(при d1 = 16) и KБ = 6 (при d1 ≥ 24 мм);
ζТ – предел текучести материала болта.
113
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Решетов Д.Н. Детали машин. Учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов.
– 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989. – 472 с.
2.Чернин И.М., Кузьмин А. В., Ицкович Г. М. Расчеты деталей машин. Мн: Высш. школа, , 1978. – 472 с.
3.Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование: Учеб. пособие. Мн.: УП «Технопринт», 2001. – 290 с.
4.Колпаков А.П., Карнаухов И.Е. Проектирование и расчѐт механических передач. М.: Колос, 2000. – 328 с.
5.Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин. Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов. М.: Высшая школа, 2002. – 408 с.
114