Расчет резьбовых соединений

Распределение нагрузки вдоль оси винта в винтовой паре.

Экспериментально установлено, что осевые силы очень неравномерно распределены по виткам резьбы. Если предположить стержень винта и гайки абсолютно жесткими, а витки податливыми, то распределение сил между витками резьбы будет иметь вид:

Данное распределение показывает, что на первый виток приходится больше 1/3 от всей осевой силы витка, а на первые три витка нагрузка составляет свыше 70%.

Т.е. из данных зависимостей следует, что число витков увеличивать нецелесообразно, т.к. они будут просто недогружены, но низкими делать гайки не рекомендуется.

Оптимальная высота гайки H = 0,8d.

Низкие гайки H = 0,5÷0,6d

Высокие гайки H = 1,6d

С целью более равномерного распределения нагрузки по виткам резьбы можно изменять конструкцию гаек.

Как правило, резьбовые соединения выходят из строя вследствие разрушения резьбы. Разрушение резьбы может происходить по следующим основным причинам:

1. У крепежных резьб – срез витков;

2. У ходовых резьб – износ витков.

В том случае, если материалы винта и гайки одинаковы, то по напряжениям среза рассчитывается только резьба винта. Если необходимо использовать передачу винт – гайка, то резьбу на гайке – на смятие и срез, а резьбу винта – на сжатие и кручение.

Подавляющее большинство винтов, болтов и шпилек работает со значительной затяжкой, в результате чего в поперечном сечении возникает продольная сила и крутящий момент, в этом случае резьба винта испытывает растяжение и кручение; по этим параметрам проводится расчет. Как правило, для стандартизированных крепежных изделий, работающих при статических нагрузках, расчет можно ограничить по основному критерию работоспособности, т.е. прочности стержня болта при совместном действии натяжения и кручения.

S₀ (расчетная площадь) болта, винта и шпильки, работающих на растяжение, принимают по расчетному сечению, диаметр которого

Как правило, болты в этом случае болты рассчитывают только на расстояние, а влияние кручения учитывается коэффициентом затяжки. К_зат≈1,3

Расчет болтового соединения, загруженного осевой силой:

Такое болтовое соединения рассчитывается только на растяжение.

F_a – осевая нагрузка, эквивалентная продольной силе;

Расчетная площадь поперечного сечения болта;

[σ_p] – допускаемое напряжения на растяжение. Зависит от материала болта и термообработки;

Z – число болтов.

Затем подбирается ближайший больший стандартизированный болт.

Пусть имеется затянутое болтовое соединение.

Основная задача такого соединения обеспечить перекрытие стыка (крышки резервуаров, находящиеся под давлением). В этом случае в расчетные параметры, кроме К_зат вводится коэффициент нагрузки К. Этот коэффициент зависит от очень многих факторов: характера нагрузки, материала и формы прокладок, шероховатости поверхности и т.д.

Его величина равна 1,45 – 2,3 – при постоянной нагрузке;

2,7 – 4,3 – при переменной нагрузке.

Если поставлены прокладки, К = 1,5 – 2,8 – при мягкой прокладке; 2,2 – 3,8 – при металлической фасонной прокладке; 3,2 – 5,3 – при металлической плоской прокладке.

В этом случае:

Подбирается требуемый диаметр болта.

1. Первый случай.

Болт поставлен в отверстие детали с зазором. В этом случае он должен быть затянут так, чтобы сила трения, возникающая между поверхностями соприкасающихся деталей, обеспечивала нормальную работу соединения без относительного смещения деталей.

F_f – сила трения;

Q – сдвигающая сила.

→

В этом случае коэффициент К = 1,2 – 1,5 – коэффициент запаса от взаимного сдвига деталей.

Такой болт работает на растяжение и кручение. Если учесть кручение коэффициента затяжки, К_зат = 1,3, то получим:

Определяется необходимый диаметр резьбы и находится ближайшая большая стандартная резьба.

В этой формуле взято σ_экв по той причине, что оно учитывает совместное действие нормальных напряжений от растяжения и касательных напряжений от кручения.

2. Второй случай.

Болты поставлены в соответствие без зазора. Тело болта работает на срез, диаметр определяется из условия

i – число плоскостей среза;

Z – число болтов;

Площадь болта в сечении, где он подвергается срезу:

Если рассчитываются ответственные болтовые соединения, то болт проверяется еще и на смятие.

δ_min – минимальная толщина соединенных деталей.

Допускаемы напряжения при расчете болтовых соединений можно выбрать из условия:

Дата добавления: 2014-01-20