WWW.NET.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Интернет ресурсы
 

«Инженерные расчеты болтовых соединений УДК 621.882.6 А. А. Суханов ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ Александр Алексеевич Суханов, к.т.н., доцент Санкт-Петербургский государственный ...»

Инженерные расчеты болтовых соединений

УДК 621.882.6

А. А. Суханов

ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Александр Алексеевич Суханов, к.т.н., доцент

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Россия, Санкт-Петербург

Тел.: +7 (812) 552-7801, E-mail: Alexeevich@post.ru

Аннотация

В работе рассмотрены вопросы практического применения различных

болтовых соединений. Получены удобные инженерные формулы расчета

возникающих напряжений в зависимости от предварительного осевого нагружения, коэффициента трения и других параметров.

Ключевые слова: болтовое соединение, момент затяжки, эквивалентное напряжение.

A. A. Sukhanov

ENGINEERING CALCULATION OF BOLTED CONNECTIONS

Dr. Alexander A. Sukhanov, St.Petersburg State Polytechnical University, Russia, e-mail: Alexeevich@post.ru Abstract The paper deals with the practical application of the various bolt connections. Get a handy engineering formulas calculate the stress as a function of axial pre-load, friction coefficient, and other parameters.

Key words: bolt connections, torque, equivalent stress.

В существующей литературе по болтовым соединениям (см., например,[1], [5], [6]) приводятся достаточно глубокие теоретические исследования по расчету сил и напряжений в болтовых соединениях. При этом мало внимания уделяется практическому использованию полученных результатов. В справочной литературе (см., например, [7]) наоборот, приводятся практические таблицы по применению конкретных болтов в зависимости от марки стали материала болта, однако отсутствуют аналитические зависимости, позволяющие расширить таблицы для других значений параметров (трение, момент затяжки и т.д.).



В настоящей работе заполняется пробел между теорией и практикой А. А. Суханов болтовых соединений. Приводится классификация болтовых соединений и выводятся простые и удобные инженерные формулы для расчетов сил, напряжений, моментов затяжки, коэффициентов запаса.

1. Назначение и режимы болтовых соединений Болтовые соединения предназначены для надежного соединения двух и более деталей при помощи болта, гайки и, возможно, обычных и/или гровер-шайб (рис. 1). Возможен также частный случай винтового соединения, когда болт вворачивается в одну из деталей, которая по сути является гайкой.

болт гайка деталь 2 деталь 1 Рис. 1. Болтовое соединение Существуют 3 принципиально различных режима работы болтового соединения.

1.1. Штифтовой режим соединения В режиме штифтового соединения болт надежно фиксирует соединенные детали, препятствуя их поперечному (касательному) смещению под действием сил Q. При этом болт устанавливается в отверстия (обычно из-под развертки) без зазора или даже с небольшим натягом (рис. 2). Фактически такие болты, называемые призонными, играют роль штифтов, работающих на срез.

–  –  –

Рис. 2. Штифтовое соединение Чтобы не перегружать болт дополнительными напряжениями, в штифтовом режиме крепящая гайка закручивается небольшим моментом

–  –  –

затяжки M З min, создающим небольшие начальные осевое растягивающее усилие F0 min и касательное напряжение min.

1.2. Режим продольного удержания В режиме продольного удержания болт с гайкой надежно фиксируют соединенные детали, препятствуя их продольному (нормальному) разъединению под действием сил N (рис. 3).

–  –  –

Для обеспечения плотности стыка (отсутствия разъединения деталей) гайка затягивается с достаточно большим усилием оптимальным моментом затяжки M З opt. При этом болт испытывает средние осевое растяжение F0opt и касательное напряжение opt.

1.3. Режим плотного соединения В режиме плотного соединения болт с гайкой надежно фиксируют соединяемые детали, препятствуя их возможному поперечному (касательному) смещению под действием возможных поперечных сдвигающих сил Q (рис. 4).

–  –  –

Рис. 4. Плотное соединение В данном режиме болт испытывает только напряжения предварительной затяжки, ибо поперечные сдвигающие силы Q полностью компенсиА. А. Суханов руются силами трения. Поэтому для обеспечения максимальной плотности соединения болт затягивается максимальным моментом затяжки M З max.

При этом болт испытывает максимальные осевое растяжение F0 max и касательное напряжение max.

–  –  –

Рис. 5. Основные параметры болтового соединения d - номинальный (наружный) диаметр болта d 0 - внутренний диаметр резьбы (диаметр сплошного тела болта) d d dР 0 - средний диаметр резьбы d К - размер гайки под ключ d Г - средний диаметр опорного кольца контакта гайки h - шаг резьбы

- зазор в отверстии f - коэффициент трения пар болт/гайка, гайка/шайба f Д - коэффициент трения между соединяемыми деталями d2 S - номинальная площадь поперечного сечения болта

–  –  –

2.2. Принимаемые соглашения

1) Коэффициент трения скольжения f в значительной степени зависит от состояния соприкасающихся поверхностей, в частности, от чистоты обработки и наличия смазки. Для стальных деталей f 0.12 0.15 0.18, где нижнее значение соответствует смазанным поверхностям, а верхнее – грубо обработанным сухим [1]. В качестве средних и наиболее употребимых значений коэффициентов трения будем принимать f 0.15, f Д 0.18. (1) Тогда при определении реального момента затяжки гайки необходимо будет уменьшить полученные значения на 20 % при смазанных поверхностях и увеличить на 20 % при грубо обработанных. Но мы также получим и аналитические зависимости напряжений и моментов от коэффициента трения.

2) Для расчетов напряжений и моментов необходимо знать средний диаметр резьбы d Р и средний диаметр опорного кольца контакта гайки d Г. К сожалению, соответствующие коэффициенты k Р и k Г не являются постоянными. В частности, коэффициенты k0 и k Р зависят не только от шага резьбы h, но и от диаметра болта d. Коэффициенты k0, например, принимает значения для стандартной метрической резьбы в диапазоне от

0.8 для небольших, 0.85 для средних и до 0.9 для крупных болтов [2]. Коэффициент k Г также немного зависит от зазора в отверстии и от диаметра болта, что обусловлено стандартизацией ряда размеров гаек под ключ d К 1.5d [3]. Поскольку чувствительность расчетов от указанных коэффициентов невысокая, будем опираться на следующие их средние значения (для стандартной средней резьбы и стандартной гайки) k0 1 k0 0.85, kР 0.925, k Г 1.35. (2)

3) Расчет болтов на прочность будем проводить согласно критерию Губера-Мизеса [4], в соответствии с которым эквивалентное напряжение определяется по формуле А. А. Суханов 1 2 2 3 3 1, Э (3) где 1, 2, 3 - главные напряжения. При одноосном растяжении и закручивании болта (именно наш случай) формула (4) принимает вид Э 2 3 2, (4) где - нормальное (растягивающее) напряжение, - касательное (тангенциальное) напряжение.

4) Для обеспечения запаса прочности, необходимого в условиях некоторой неопределенности и разброса характеристик материалов, параметров сборки и условий эксплуатации, окончательный критерий прочности примем в виде Э max Т, (5) kТ где Э max - наибольшее возможное эквивалентное напряжение по (5), Т предел текучести материала болта, kТ - нормативный коэффициент запаса по пределу текучести. В машиностроении при статических нагрузках принимается [1] kТ 1.2 2.0. (6) При этом коэффициент запаса должен быть тем больше, чем меньше достоверность расчета и выше требования надежности. При динамических (переменных, циклических) нагрузках коэффициент запаса рекомендуется увеличить примерно в полтора раза [1].

Примем для статических нагрузок наиболее типичный и удобный для теоретических выводов следующий коэффициент запаса по пределу текучести kТ 2 1.414. (7)

5) Расчет болтового соединения заключается в выборе материала болта, допустимого минимального диаметра болта и требуемого момента затяжки гайки, гарантирующих надежную работу болтового соединения при заданных продольных или поперечных нагрузках. Поскольку диаметры болтов строго гостированы, будем решать обратную эквивалентную задачу: по заданным характеристикам выбранного болта будем определять максимальные допустимые нагрузки с учетом заданного коэффициента запаса (7). Если реальные нагрузки будут меньше максимально допустимых, то по формулам пересчета найдем реальный коэффициент запаса, который будет выше значения (7).





3. Расчет предварительно напряженного состояния болта Во всех режимах работы болтового соединения для обеспечения плотности стыка болты предварительно нагружаются осевым усилием заИнженерные расчеты болтовых соединений

–  –  –

4. Штифтовой режим соединения Штифтовой режим болтового соединения (рис. 2) при отсутствии или незначительной предварительной затяжке болта (чистый штифт) является самым простым для расчета напряжений и получения максимально допустимой внешней нагрузки.

кой болта до осевого напряжения 0 используется в основном для плотного и надежного соединения деталей, не допускающего их относительного смещения за счет сил трения между соединяемыми деталями. В этом случае основными напряжениями в болте будут осевое от предварительной затяжки и касательное от завинчивания гайки. Т.е. напряженнодеформированное состояние болта при таком соединении будет соответствовать состоянию предварительно затянутого болта, рассмотренного в п.3.

Тем не менее, найдем выражение для эквивалентного напряжения при остаточной перерезывающей силе Q1.

Точная формула для эквивалентного напряжения в этом случае равна Э 0 2 3 0 1, (28)

–  –  –

5. Режим продольного удержания В режиме продольного удержания (основном режиме болтового соединения, рис. 3) наряду с начальным напряжением затяжки болт испытыРис. 7. Теоретическая зависимость осевого усилия в болте от внешней нагрузки Для уточнения коэффициента построим зависимость полного усилия в болте от внешней нагрузки путем моделирования в пакете ANSYS работы болтового соединения, изображенного на рис. 8.

–  –  –

6. Режим плотного соединения В режиме плотного соединения (рис. 4) болт испытывает только напряжения предварительной затяжки. Поэтому для обеспечения максимальной плотности соединения и наибольшей удерживающей поперечной силы Q болт затягивается максимальным моментом затяжки M З max до получения максимально допустимого эквивалентного напряжения. Согласно (18) в этом случае при малом уровне трения f 0.12 имеем

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин: Справочник. – М.: Машиностроение, 1979. – 702 с.

2. ГОСТ 24705-2004. Резьба метрическая. – М.: Стандартинформ, 2005.

3. ГОСТ 10495-80. Гайки шестигранные для фланцевых соединений. - М.:

Стандартинформ, 1992.

4. Павлов П.А., Паршин Л.К., Мельников Б.Е., Шерстнев В.А. Сопротивление материалов. – СПб: Изд-во «Лань», 2003. – 528 с.

5. Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

6. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.:

Машиностроение, 1990. – 368 с.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.2.

Похожие работы:

«Утверждены Министерством энергетики и электрификации СССР Согласовано с Главным техническим управлением по эксплуатации энергосистем НОРМЫ РАСХОДА ЛАМП ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ НУЖДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С БЛОЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ НР 34-7...»

«НПП "ЭТРА-Плюс Блок L конвертеров РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ МИЯД 467764.046 РЭ МОСКВА АННОТАЦИЯ Настоящий документ представляет собой Руководство по эксплуатации Блока L-конвертeров, разработанного НПП "Этра-плюс" по заказу и техническому заданию ОАО "Российские космическ...»

«Світове госпо дарство і міжнародні економічні відносини УДК 614.7:339 (477) А.В. Бабенко, аспирантка Приазовского государственного технического университета, г. Мариуполь ФОРМИРОВАНИЕ МЕЖДУНАРОДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ПОСТКРИЗИСН...»

«РЕФЕРАТ Записка 134 стр., 25 рисунков, 33 таблицы, 13 источников РЕЗЕРВУАР, СТЫКИ, АВТОМАТИЧЕСКАЯ СВАРКА, СВАРНЫЕ ШВЫ, ОБОРУДОВАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРОЧНОГО УЧАСТКА, СЕБЕСТОИМОСТЬ, ОРГАНИЗАЦИЯ, ОХРАНА ТРУДА. В аналитической части дана характеристика конструкции резервуара, представлены климатичес...»

«В данном руководстве представлена следующая продукция – Vortex, Vortex Rack, Vortex Panel и Vortex DIN. Рассмотренные в данном руководстве вопросы включают установку, технические данные, эксплуатацию и техническое обслуживание. Системы обнар...»

«Крыхтин Юрий Иванович ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ФРИКЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ МЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ ЛЁГКИХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН С БОЛЬШОЙ УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТЬЮ 05.05.03 – Колёсные и гусеничные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Волгоград...»

«Тема : ТРАНСПОРТНЫЙ НАЛОГ Вопросы: 1) Плательщики транспортного налога.2) Объект налогообложения.3) Налоговая база.4) Налоговый период и налоговые ставки, сроки уплаты налога.5) Льготы при исчислении и уплаты налога Современный механизм транспортного налога, действующий с 1 января 2003 г., опр...»

«АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕПЛОФИЗИКИ О. А. Геращенко ОСНОВЫ ТЕПЛОМЕТРИИ ИЗДАТЕЛЬСТВО "НАУКОВА ДУМКА" К И Е В — 1971 531.7 Г37 УДК 536.6 В монографии приведены основные сведения по теор...»

«ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ КОФЕЙНЫЙ АВТОМАТ NECTA МОДЕЛЬ "KIKKO ES 6" (РУССКАЯ ВЕРСИЯ) E-mail: info@vendme.ru http://www.vendme.ru СОДЕРЖАНИЕ Введение Назначение и технические характеристики автомата Принцип работы автомата Установка автомата и...»

«Группа компаний РУБЕЖ 1996-2008 Комплексное программное обеспечение ""Кобра 8" РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Содержание 1. Общее описание 3 1.1 Назначение 3 1.2 Требования к системе 3 1.3 Технические средства защиты 3 2....»








 
2017 www.ne.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.