Расчет на прочность затянутого болтового (винтового) соединения, нагруженного силами

Matn

{spoiler=Далее}

Расчет на прочность затянутого болтового (винтового)соединения, нагруженного силами, раскрывающими стык

Основным видом разрушения крепежных резьб является срез витков. В соответствии с этим основным критерием работоспособности и расчета крепежной резьбы является прочность, связанная с напряжениями среза.

Однако расчеты показывают, что при использовании стандартных нормальных гаек резьба равнопрочна со стержнем болта, поэтому рассчитывать резьбу нет необходимости, а расчет крепежных деталей сводится к определению прочности стержня болта.

Рассмотрим крепление крышек резервуаров, нагруженных давлением р жидкости или газа, или крышек гидро- или пневмоцилиндров (рис. 27.7).

Рис. 27.7.

Затяжка болта должна обеспечивать герметичность соединения или нераскрытие стыка под нагрузкой. Можно считать, что на соединение действуют две силы: от предварительной затяжки болтов и от внешней нагрузки. Сила затяжки болтов создает силу затяжки стыка и растягивает болты. Внешняя нагрузка дополнительно растягивает болты и уменьшает силу затяжки стыка. Если сила предварительной затяжки недостаточна, то при некоторых условиях внешняя нагрузка может уменьшить силу затяжки стыка до нуля и произойдет его раскрытие, что недопустимо. Практика эксплуатации таких соединений показала, что целесообразной является высокая затяжка. Сила затяжки одного болта может быть рассчитана так:

(27.8)

где: F – сила, приходящаяся на один болт от внешней нагрузки R сое-

динения:

где z – число болтов в соединении;

К_зат – коэффициент затяжки; по условию нераскрытия стыка при

постоянной нагрузке К_зат = 1,25 4 2, при переменной на-

грузке К_зат = 2,5 4 4.

Расчетная нагрузка на болт с учетом внешней нагрузки:

(27.9)

где ε – коэффициент внешней нагрузки; для большинства случаев

(кроме мягких прокладок) ε = 0,2 4 0,3.

Условие прочности болта:

£ (27.10)

Коэффициент 1,3 учитывает напряжение кручения от момента трения в резьбе.

Пример расчета.

Рассчитать болты и момент завинчивания болтового соединения крышки гидроцилиндра (рис. 27.7) при следующих исходных данных.

Диаметр гидроцилиндра D = 100 мм.

Максимальное давление в гидросистеме р = 10 МПа.

Количество болтов z = 4.

Материал болтов – сталь 30ХГСА.

Соединение гидроцилиндра с крышкой уплотняется медной прокладкой.

Нагрузка постоянная.

Решение.

Болты должны быть затянуты таким образом, чтобы сила их затяжки обеспечивала нераскрытие стыка. Поэтому, при расчете будем руководствоваться рекомендациями §27.6.

Сила, приходящаяся на один болт от внешней нагрузки соединения (рис. 27.7):

Н

Коэффициент затяжки по условию нераскрытия стыка К_зат = 1,6 (стр. 272).

Сила затяжки одного болта (27.8):

Н

Коэффициент внешней нагрузки (стр. 272) e = 0,25.

Расчетная нагрузка на болт (27.9):

Н

Минимальный внутренний диаметр резьбы найдем из условия прочности болта (27.10) при [s] = 450 МПа для болтов из стали 30ХГСА:

/ мм

По стандарту принимаем болт М20, для которого d₁ = 17,294 мм.

Момент завинчивания найдем по формуле (27.5), для которой предварительно определим следующие параметры.