Романов В.В., Михайлов И.В. Расчет и конструирование резьбовых соединений - файл n1.doc

приобрести
Романов В.В., Михайлов И.В. Расчет и конструирование резьбовых соединений
скачать (699.1 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1335kb.19.02.2009 15:55скачать

n1.doc

  1   2   3   4


Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Подъемно-транспортные машины,

производственная логистика и механика машин»

РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ

РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Учебно-методические указания для студентов

механических специальностей заочной формы обучения по дисциплине

«Детали машин и основы конструирования»


Астрахань 2005

Авторы:

Романов Валерий Витальевич, доцент кафедры «Подъемно транспортные машины, производственная логистика и механика машин»,

Михайлов Игорь Вячеславович, ассистент кафедры «Подъемно транспортные машины, производственная логистика и механика машин»
Рецензент: Филяков А.Б., доктор технических наук, профессор кафедры ПТМ АГТУ
Романов В.В., Михайлов И.В. Расчет и конструирование резьбовых соединений: Учебно-методические указания для студентов механических специальностей заочной формы обучения. – Астрахань: Изд-во АГТУ, 2005. – 60 с.
В методических указаниях изложены требования к расчету и конструированию резьбовых соединений; примеры расчета. Изложены требования кафедры ПТМ к выполнению и оформлению текстовой и графической документации в соответствии с правилами ЕСКД.

Методические указания утверждены на заседании кафедры ПТМ «11» 04 2005 г., протокол №7


© Астраханский государственный технический университет


ОГЛАВЛЕНИЕ
1. Основы расчета резьбовых соединений. 5

1.1. Типы крепежных резьб. 5

1.2. Типы крепежных деталей. 6

1.3. Способы стопорения резьбовых соединений. 7

1.4. Основы теории винтовой пары. 9

1.5. Расчет резьб на прочность. 9

1.6. Выбор стандартных крепежных изделий. 11
2. Расчет одиночных болтов. 12

2.1. Основные положения. 12

2.2. Расчет соединения одиночным болтом, установленным без

зазора и нагруженным в плоскости стыка сдвигающей силой. 13

2.3. Расчет соединения одиночным болтом, установленным в

отверстии деталей с зазором и нагруженным в плоскости стыка

сдвигающей силой. 14

2.4. Расчет соединения одиночным болтом, нагруженным

отрывающей силой. 16

2.5. Расчет одиночных болтов при эксцентрической нагрузке. 21

2.6. Расчет болтов при повышенной температуре. 21

2.7. Расчет болтов при переменных нагрузках. 22

2.8 Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения. 24
3. Разработка стыков групповых резьбовых соединений. 27

3.1. Исходные данные. 27

3.2. Требования к конструкциям стыков. 27

3.3 Конструирование стыков болтовых соединений внахлестку. 27

3.4. Конструирование круглых стыков (фланцев). 30

3.5. Конструирование стыков произвольной формы. 31
4. Расчет болтовых соединений группой болтов. 33

4.1. Основные допущения. 33

4.2. Классификация групповых болтовых соединений. 33

4.3. Порядок расчета группового болтового соединения,

нагруженного в плоскости стыка. 33

4.4. Порядок расчета группового болтового соединения,

нагруженного в плоскости, перпендикулярной к плоскости стыка. 36

4.5. Порядок расчета группового болтового соединения в случае

одновременного нагружения сдвигающими и отрывающими нагрузками. 39

4.6. Расчет силы затяжки фундаментных болтов. 40
5. Требования к оформлению расчетных заданий. 43
6. Рекомендуемая литература. 45
Приложения: 46

Приложение 1. «Расчет болтовых соединений». Пример выполнения

задания. 46

Приложение 2. Выбор стандартных крепежных изделий. 55

Приложение 3. Геометрические характеристики прокатной стали. 56

1. ОСНОВЫ РАСЧЕТА РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
1.1. Типы крепежных резьб.

1.1.1. Наиболее распространенная резьба, применяемая в качестве крепежной – треугольного профиля, правая однозаходная. На рис. 1 показан профиль резьбы и ее основные геометрические параметры.



Рис. 1. Геометрические параметры резьбы
1.1.1.1. Резьба характеризуется следующими параметрами.

d – наружный диаметр резьбы

d1 – внутренний диаметр резьбы

d2 – средний диаметр резьбы

S – шаг резьбы

h – высота профиля резьбы

 – угол профиля резьбы

 – угол подъема резьбы:  arctg

1.1.1.2. На практике применяется метрическая резьба с углом профиля . Данная резьба нашла наибольшее распространение.

1.1.1.3. Для соединения трубопроводов применяется трубная резьба с углом профиля .

1.1.1.4. Параметры резьб стандартизованы:

а) метрическая резьба – ГОСТ 9150-81 «Резьба метрическая»;

б) трубная резьба – ГОСТ 6357-81 «Резьба трубная цилиндрическая»;

1.1.1.5. В таблице 1 приведены параметры резьб с выдержкой из ГОСТа 9150-81.
1.2. Типы крепежных деталей.

1.2.1. К крепежным деталям относятся детали, имеющие наружную резьбу (болты, винты, шпильки), детали, имеющие внутреннюю резьбу (гайки), шайбы (простые, предохранительные), а также некоторые другие детали (специальные шайбы, и т. п.). В Приложении 2 приведены сведения о стандартных крепежных деталях.



Рис. 2. Виды соединения двух деталей:

а) болтовое соединение, б) винтовое соединение, в) шпилечное соединение
Деление способов соединения деталей, приведенное на рис. 2, — условное, но помогает по названию ориентироваться в конструкциях соединений.

1.2.1.1. На рисунке 2 а изображено болтовое соединение; оно состоит из детали с наружной резьбой (болта) и детали с внутренней резьбой (гайки). Такой способ соединения не требует нарезания резьбы в деталях, что важно в случае, если нарезать резьбу в детали невозможно или сложно.

1.2.1.2. На рисунке 2 б изображено винтовое соединение. Название — условное, так как в качестве детали с наружной резьбой используется болт. Резьба нарезается в теле одной из соединяемых деталей.

1.2.1.3. На рисунке 2 в изображено шпилечное соединение.

1.2.1.4. Применять винтовое и шпилечное соединения необходимо, когда установка болтов нерациональна.

1.2.1.5. При многократных разборках-сборках соединений винтовое соединение применять не следует.

1.2.2. Шайбы условно делят на простые и стопорные (предохранительные).

1.2.2.1. Простые шайбы ставят под гайку или головку болта для уменьшения смятия детали или для перекрытия зазора в отверстии при большой его величине, а также для предохранения поверхности детали от царапин при завинчивании. В других случаях ставить простую шайбу нецелесообразно.

1.2.2.2. Шайбы стопорные или предохранительные. Они предохраняют соединения от самоотвинчивания.
1.3. Способы стопорения резьбовых соединений.

1.3.1. Предохранение от самоотвинчивания является важным для повышения надежности резьбовых соединений, особенно для соединений, воспринимающих переменные и ударные нагрузки.



Рис. 3. Способы стопорения с использованием дополнительного трения:

а) применение пружинной шайбы, б) применение пружинных шайб с несколькими отогнутыми лепестками, в) применение специальной гайки с кольцом, г) применение контргаек
1.3.2. Основные принципы стопорения.

1.3.2.1. Повышение трения в резьбе и на торце гайки путем установки контргаек, стопорных шайб разных конструкций (см. рис. 3).

1.3.2.2. Жёсткое соединение гайки со стержнем винта с помощью шплинта или прошивкой группы гаек проволокой (см. рис. 4).

1.3.2.3. Жёсткое соединение гайки с деталью с помощью специальных шайб, планок и т. п.

а) б)

Рис. 4. Способы стопорения соединений гайки со стержнем винта:

а) применение шплинтов, б) прошивка гаек проволокой
а) б)

Рис. 5. Способы стопорения фиксацией гайки относительно детали:

а) применение шайбы с фиксированием наружной поверхности гайки,

б) применение шайбы с наружными и внутренними лапками
1.3.3. Использование в конструкциях податливых болтов. Широко используется в автомобильных двигателях при креплении головки блока цилиндров.

1.3.4. Применение резьб с мелким шагом.
1.4. Основы теории винтовой пары.

1.4.1. Основные зависимости.

1.4.1.1. Момент трения в резьбе (при завинчивании): Tp = Ftg(+),

где Tp – момент трения в резьбе, F – осевая сила, действующая на болт, d2 – средний диаметр резьбы, - угол подъема витка резьбы,  = arctg f- приведенный угол трения, f , коэффициент трения.

1.4.1.2. Момент трения на торце гайки: TT =, где TT – момент трения на торце гайки, средний диаметр опорной поверхности, диаметр опорной поверхности гайки, диаметр отверстия под болт.

1.4.1.3. Момент, необходимый для завинчивания: Tзав = Tp+ TT.

1.4.1.4. Самоторможение резьбы.

Условие самоторможения: < . Крепежные резьбы — все самотормозящиеся.
1.5. Расчет резьбы на прочность.

1.5.1. На рисунке 6 показана расчетная схема нагружения витка резьбы болта. На практике расчет резьбы на прочность проводится по условным напряжениям, которые сравнивают с допускаемыми, определяемыми на основе экспериментов. Полагая нагружение витков равномерным, резьбу принято рассчитывать по напряжениям смятия и среза.

1.5.1.1. Условие прочности витка резьбы по смятию:

а) для гайки смг= []смг

б) для винта смв= []смв

где F - осевая сила, действующая на болт, d2 - средний диаметр резьбы, h - высота витка, z - число витков резьбы в гайке, []смв - допускаемое напряжение смятия материала винта, []смг - допускаемое напряжение смятия материала гайки.


р


Рис. 6. К расчету резьбы на прочность
1.5.1.2. Условие прочности витка резьбы на срез.

а) для винта в = []в

б) для гайки г = []г

где k =;ы для треугольных резьб k =0.8, - высота гайки,

[]в – допускаемое напряжение на срез витка винта,

[]г – допускаемое напряжение на срез витка гайки.
1.5.2. В стержне винта возникает напряжение растяжения.

р = []р.

1.5.3. Из условия равнопрочности резьбы и стержня винта определяются высота гайки, нормы на глубину завинчивания винтов и шпилек в деталь и прочие размеры.

1.5.4. Все параметры резьб и крепежных изделий стандартизованы. Расчет на прочность болтов ведут по прочности стержня болта на растяжение. Расчеты на прочность резьб стандартных крепежных деталей не ведут.
1.6. Выбор стандартных крепежных изделий.

1.6.1. Выбор производят по наружному диаметру резьбы по стандартам на крепежные изделия.

Таблица 1

Основные размеры метрической резьбы с крупным шагом

Стандартный наружный диаметр резьбы d, мм

М10

М12

М16

М18

М20

М24

М27

Крупный шаг резьбы S, мм

1,5

1,75

2

2,5

2,5

3

3

Внутренний диаметр резьбы d1, мм

8,37

10,1

13,83

15,29

17,29

20,75

23,75

Размер под «ключ» головки болта

17

19

24

27

30

36

41

Диаметр отверстия при установке с зазором d0, мм

10,5

13

17

19

21

25

28

Длины болтов

от 20

от 20

от 25

от 30

от 30

от 35

от 45


Ряд стандартных длин болтов: 20, 25, 30, 32, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 100, 110…
1.6.2. Стандарты приведены в справочниках конструктора (см. литературу).

1.6.3. Условное обозначение крепежных деталей и их расшифровка приведены в Приложении 2.

1.6.4. Основные размеры метрической резьбы приведены в таблице 1.
2. РАСЧЕТЫ ОДИНОЧНЫХ БОЛТОВ
2.1. Основные положения.

2.1. Методика и расчеты одиночных болтов зависят от вида и характера нагрузок, условий установки, условий работы резьбового соединения.

2.1.1. Факторы, влияющие на расчет.

2.1.1.1. Характер внешней нагрузки:

а) статическая (мало меняющаяся во времени) нагрузка,

б) переменная нагрузка, изменяющаяся по определенному циклу напряжений,

в) ударная нагрузка.

2.1.1.2. Направления внешних силовых факторов.

а) действующие параллельно стыкам соединений – сдвигающие внешние силовые факторы;

б) действующие перпендикулярно стыкам – отрывающие силы;

в) сжимающие или растягивающие силы;

г) действующие и в плоскости стыка и перпендикулярно стыкам – комбинированные силовые факторы.

2.1.1.3. Способ установки в отверстие:

а) болт ставят без зазора. Иногда такое соединение называют соединение чистыми или призонными болтами;

б) болт ставят с зазором. Иногда такое соединение называют соединение черными болтами;

в) болт с эксцентрической головкой.

2.1.1.4. Способ затяжки:

а) без затяжки болтов;

б) с предварительной затяжкой без действия внешних сил;

в) с подтяжкой болтов при действии внешних сил.

2.1.1.5. Затяжка без внешних сил бывает:

а) контролируемая, то есть выполняется специальным инструментом, который позволяет контролировать момент завинчивания (динамометрический ключ);

б) не контролируемая; выполняется стандартным инструментом, предназначенным для затяжки.
2.2. Расчет соединений одиночным болтом, установленным без зазора и нагруженным в плоскости стыка сдвигающей силой.

2.2.1. Исходные данные.

2.2.1.1. Задана величина и характер сдвигающей силы (статическая растягивающая или сжимающая сила).

2.2.1.2. Задана толщина детали.

2.2.1.3. Схема нагружения (см. рис.7).

2.2.1.4. Недостающие данные принимаются.



Рис. 7. Схема нагружения соединения:

1, 3 – крайние детали; 2 – средняя деталь
2.2.2. Основные допущения.

2.2.2.1. Деформации деталей не учитываются, то есть считают детали абсолютно жесткими.

2.2.2.2. Внешние нагрузки передаются с одной детали на другую локально, через зоны, расположенные вокруг болтов.

2.2.2.3. Силы трения, связанные с затяжкой болтов, не учитываются.

2.2.3. Основным критерием расчета является условие неподвижности стыка.

2.2.4. При установке болта без зазора неподвижность обеспечивается сопротивлением болта срезу и смятию.

2.2.5. Условие прочности на срез:

= []б,

где []б – допускаемое напряжение материала болта срезу (см. п.2.7),

 – напряжение среза в болте,

d – наружный диаметр резьбы призонного болта или диаметр гладкой цилиндрической части болта, подвергающегося срезу,

i – число плоскостей среза (в данном примере i = 2).

2.2.6. Условие прочности на смятие.

2.2.6.1. Смятию подвергаются участки болта, контактирующие с деталями. Расчет ведем по участку с наименьшей толщиной.

2.2.6.2. Эпюры напряжений показаны на рис. 7.

2.2.6.3. Условие прочности на смятие:

см = []см,

где []см – допускаемое напряжение смятия, меньшее из допускаемых напряжений материалов болта и деталей 1, 2 и 3;

1 – толщина деталей 1 и 3, расчет ведется по детали меньшей толщины.

2.2.7. Формулу используют обычно для проектного расчета болта, задаваясь материалом и числом стыков, по допускаемым напряжениям:

d  .

Рассчитанный размер округляют до ближайшей стандартной величины наружного диаметра резьбы или до ближайшей стандартной величины стержня болта, подвергаемого срезу.

2.2.8. Проводим проверочный расчет на смятие по пункту 2.2.6.3.

2.3. Расчет соединений одиночным болтом, установленным в отверстии деталей с зазором и нагруженным в плоскости стыка сдвигающей силой.

2.3.1. Исходные данные.

2.3.1.1. Задана величина и характер сдвигающей силы (статическая растягивающая или сжимающая сила).

2.3.1.2. Задана толщина деталей.

2.3.1.3. Схему нагружения см. на рис. 8.

2.3.1.4. Недостающие данные принимаются.

2.3.2. Основные допущения.

2.3.2.1. Деформация соединяемых деталей не учитывается, то есть детали принимают абсолютно жесткими.

2.3.2.2. Внешние нагрузки передаются от одной детали на другую локально, через зоны, расположенные вокруг болтов.

2.3.2.3. Расчет ведут на предотвращение сдвига деталей по условию неподвижности стыка.

2.3.3. Основным критерием расчета является условие неподвижности стыка.



Рис. 8. Схема нагружения соединения:

1, 3 – крайние детали; 2 – средняя деталь
2.3.4. Условие неподвижности обеспечивается за счет сил трения между деталями, возникающих и зависящих от силы затяжки болта. (Иногда употребляют термин «предварительная затяжка болта»). Условие неподвижности:

Fтр>F,

где Fтр – максимальная сила трения, F – наибольшая внешняя сила.

2.3.5. Необходимая сила затяжки болта:

Fзат =,

где kcд – коэффициент запаса по сдвигу kcд = 1,22,

f – коэффициент трения (при сухих металлических поверхностях f = 0,150,2).

2.3.6. Расчет болтов на прочность ведут по напряжениям растяжения болтов силой затяжки, увеличенной на 30% с учетом касательных напряжений при затяжке болтов от кручения:

= [],

где 1,3 – коэффициент, учитывающий напряжения кручения при затяжке болтов, d1 – внутренний диаметр резьбы, [] – допускаемое напряжение материала болта при растяжении.

2.3.7. Обычно ведут проектный расчет по формуле:

d =,

Из условия d1 d выбираем стандартную резьбу болта;

где d – расчетный внутренний диаметр резьбы,

d1 – стандартный внутренний диаметр резьбы.

2.3.8. Выбор болта и других крепежных изделий изложен ниже.
2.4. Расчет соединения одиночным болтом, нагруженным отрывающей силой.

2.4.1. Исходные данные.

2.4.1.1. Величина и характер внешней отрывающей силы (рассматривается статическое приложение силы ).

2.4.1.2. Заданы основные размеры детали (ее толщина, длина и прочие размеры).

2.4.1.3. Задана схема нагружения.

2.4.1.4. Недостающие данные принимаются.

а) б)

Рис. 9. Расчетная схема болтовых соединений, нагруженных отрывающей силой:

а) соединение обычным болтом, б) соединение болтом с эксцентричной головкой
2.4.2. Основные допущения.

2.4.2.1. Внешние нагрузки передаются с одной детали на другую локально, через зоны, расположенные вокруг болтов.

2.4.2.2. Болт и детали испытывают упругие деформации, и это учитывается в расчетах.

2.4.2.3. Расчет ведут на предотвращение раскрытия стыка, то есть условие, при котором напряжения в стыке всегда сжимающие и не равны нулю.

2.4.2.4. Затяжку болтов ведут в условиях отсутствия внешней отрывающей силы.

2.4.3. Основной критерий расчета болта – условие нераскрытия стыка.

2.4.4. Условие нераскрытия стыка в инженерном расчете учитывается расчетом необходимой силы предварительной затяжки болта. Здесь термин «предварительная затяжка» означает, что затяжку ведут до приложения внешней силы, т.е. при сборке.

2.4.5. Расчет болта ведут по величине наибольшей силы, действующей на болт.

Fp = 1,3·Fзат + ·F,

где Fp – расчетное усилие, растягивающее болт, Fзат – расчетная сила предварительной затяжки; 1,3 – коэффициент, учитывающий напряжения кручения при предварительной затяжке болтов, F – внешняя отрывающая сила, - коэффициент основной нагрузки.

2.4.6. Определение силы предварительной затяжки.

2.4.6.1. Величина силы предварительной затяжки назначается из условия нераскрытия стыка и обеспечения его надежности.

2.4.6.2. Практически условия нераскрытия стыка зависят не только от величины силы затяжки, но и от сохранения ее в эксплуатации. Последнее зависит от:

а) Качества обработки поверхности стыка. При большой шероховатости поверхности ее неровности постепенно сминаются, что ведет к ослаблению затяжки. Для ответственных соединений поверхности стыков деталей рекомендуют шлифовать;

б) Числа поверхностей стыков. Чем больше поверхностей, тем хуже сохраняется затяжка;

в) Качества поверхности и точности резьбы. Грубая поверхность сминается и уменьшает силу затяжки;

г) Надежности способа стопорения резьбы;

д) Качества прокладок. Упругие прокладки лучше сохраняют затяжку. Пружинные шайбы играют роль упругих прокладок. Необходимо помнить, что наличие прокладок увеличивает коэффициент основной нагрузки.

2.4.6.3. На практике рекомендуют принимать:

Fзат = kзат·F,

где kзат – коэффициент запаса затяжки по условиям перекрытия стыка:

kзат = 1,25  2 при статической нагрузке, kзат = 2,5  4 при переменной нагрузке.

Из условия герметичности kзат = 1,3  2,5 при мягкой прокладке, kзат = 3  5 при металлической плоской прокладке.

Обратите внимание, что более точно можно определять силу затяжки по усилию, действующему на стык, то есть

Fзат = kзат·F·(1 - ).

На практике эта формула применяется редко.

2.4.6.4. В разделе 4.6 приведен метод определения силы затяжки, применяемый при расчете фундаментных болтов, когда нужно обеспечить прочность фундамента.

2.4.7. Определение коэффициента основной нагрузки.

2.4.7.1. На рис. 10 изображено соединение двух деталей без прокладки, нагруженное силой затяжки.



Рис. 10. К расчету коэффициента основной нагрузки
2.4.7.2. Коэффициент основной нагрузки  подсчитывают по формуле:

 = ,

где - коэффициент податливости соединенных болтом деталей, - коэффициент податливости болта.

2.4.7.3. Исходные данные должны позволить рассчитать:

а) коэффициент податливости болта

= ,

где l1 – длина деформированной части болта, А – площадь поперечного сечения болта, ЕБ – модуль упругости 1-го рода материала болта, l1 = h1 + h2 + 0,5·Hг, где Hг – высота гайки;

б) коэффициент податливости деталей приближенно можно определить:

= ,

где ЕД – модуль упругости 1-го рода материала детали; – условная площадь детали, – условный диаметр конуса давления, D – размер под ключ гайки или головки болта;

в) более точные расчеты и приведены в литературе.

2.4.7.4. Для приближенных расчетов соединений без мягких прокладок можно принимать:

 = 0,2  0,3.
2.4.8. Расчет болта на прочность ведут из условия прочности болта при растяжении расчетной силой.

= [],

где - площадь сечения болта по внутреннему диаметру резьбы болта, Fp=1,3·Fзат+·F – см. п. 2.4.5.

При проектном расчете болтового соединения применяют формулу:

d1.

По величине внутреннего диаметра d1 выбирают болт с нужной резьбой.

2.4.9. Расчет болтов, для которых возможна последующая затяжка, ведут по расчетному усилию

.
2.5. Расчет одиночных болтов при эксцентрической нагрузке.

2.5.1. Болты с эксцентрической головкой относятся к специальным болтам.

2.5.2. На рисенке 9 б показан болт со специальной эксцентрической головкой.

2.5.3. Такие болты устанавливают в отверстия с зазором и нагружаются отрывающей силой , приложенной c эксцентриситетом а.

2.5.4. Нераскрытие стыка обеспечивается предварительной затяжкой болта.

Fзат = k · F.

2.5.5. Расчетная сила, растягивающая болт, определяется как для обычного болта:

Fp = 1,3·Fзат + ·F

2.5.6. Кроме напряжений растяжения расчетная сила вызывает напряжения изгиба. Условие прочности:

max=р + и[],

где max - суммарное максимальное напряжение, р = - напряжение растяжения, и = - напряжение от изгиба моментом M = Fp·.

2.5.7. Следует избегать случайного нагружения болтов эксцентрично приложенной силой, так как даже небольшой эксцентриситет , имеющий место при установке обычного болта, если опорные поверхности под гайкой или головкой имеют перекос, вызывает напряжение max  7,5 р.
2.6. Расчет болтов при повышенной температуре.

2.6.1. Сборку болтовых соединений производят при нормальной температуре.

2.6.2. Расчет ведут по рассмотренным выше правилам, но в расчетной формуле учитывают дополнительную силу, появляющуюся при температурной деформации:

,

где – дополнительная нагрузка от нагрева,

– температурный коэффициент линейного расширения материала i детали,

t – разница температур,

hi – толщина i детали,

– температурный коэффициент линейного расширения материала болта,

l1 – длина деформируемой части стержня болта.

2.6.3. Расчетная нагрузка.

Fpt = Fр + Ft,

где Fр – расчетная внешняя нагрузка на болт при нормальной температуре.

2.6.4. Болты рассчитывают по приведенным выше формулам.
2.7. Расчет резьбовых соединений при действии переменных нагрузок.

2.7.1. Исходные данные.

2.7.1.1. Заданы параметры цикла переменных напряжений. Обычно цикл – пульсирующий.

2.7.1.2. Усилие затяжки , величину которой можно посчитать (см. раздел 2.4), вызывает напряжения растяжения в болте:

зат =min = ,

где А – площадь сечения болта (нетто).

а) б)

Рис. 11. К вопросу о переменных нагрузках

а) – график изменения внешней силы; б) – график изменения растягивающих напряжений в болте
2.7.1.3. Внешняя сила , приложенная после затяжки, вызывает дополнительное нагружение болта силой ·, которая создает напряжение амплитудное:

а = .

Максимальное напряжение цикла:

max = min + 2а = зат + 2а

Среднее напряжение цикла:

m = min + а = зат + а

2.7.1.4. Таким образом, при отнулевой внешней нагрузке, продольная сила, а следовательно и напряжения в болте, меняются по знакопостоянному гармоническому закону в соответствии с рисунком 11а.

2.7.2. Расчет болта ведут в следующей последовательности.

2.7.2.1. Рассчитывают болт на прочность, как при статическом нагружении.

max = + [],

где [] – допускаемое напряжение: [] = .

2.7.2.2. Определяют из этого условия размер болта. Затем рассчитывают параметры цикла переменных напряжений (см. п. 2.7.1.3).

2.7.2.3. Проводят расчет запаса прочности.

а) по амплитудам:

= ,

где – коэффициент запаса прочности по амплитуде, – предельное напряжение: , при растяжении =0,3566·; Sa – допускаемый коэффициент запаса прочности по амплитуде.

= ,

где k – эффективный коэффициент концентрации для резьбы (см. таблицу 2), kd – масштабный фактор (см. таблицу 2), – амплитудное напряжение в болте.

Таблица 2

Значение эффективного коэффициента концентрации k и масштабного фактора kd при расчете резьб при переменных нагрузках

Способ изготовления резьбы

Значение k при d

Масштабный фактор kd при d

M6-M16

св М16

до М16

М16-М24

М24-М32

Нарезание

Накатка

4

3

6

4-5

0,95

0,95

0,950,75

0,950,75

0,750,68

0,750,62



б) по максимальному напряжению:

= ,

где т – предел текучести материала болта, max = зат+2а – максимальное напряжение, S - коэффициент запаса см. таблицу 4.
2.8. Материалы резьбовых изделий и допускаемые напряжения.

2.8.1. Материалы для изготовления резьбовых деталей сгруппированы по классам прочности. Стальные винты и шпильки по ГОСТ 1759-82 изготавливают 12-ти классов прочности. Например, класс прочности 4.6: первая цифра, умноженная на 100, указывает минимальное значение предела прочности (в МПа), а произведение, умноженное на 10, – приближенное значение предела текучести (в МПа).

Класс 4.6 – предел прочности в=400 МПа и предел текучести т=240 МПа. Выдержка из ГОСТ 1759-82 «Изделия крепёжные. Общие технические требования» приведена в таблице 3.

Таблица 3

Механические характеристики материалов резьбовых деталей

Класс прочности

в, МПа

т, МПа

Марка стали

Винт

Гайка

3.6

4

300 - 400

200

Ст 3, Ст 10

4.6

5

400 - 550

240

20

5.6

6

500 - 700

300

30, 35

6.6

8

600 - 800

360

35, 45, 40Г

8.8

10

800 - 1000

640

35Х; 38ХА; 45Г

10.9

12

1000 - 1200

900

40Г2; 40Х; 30ХГСА


2.8.2. Допускаемые напряжения определяются в общем случае:

,

где S]i – допускаемый коэффициент запаса прочности.

Рекомендуемые в расчетах резьбовых соединений коэффициенты запаса приведены в таблицах 4 и 5.

Таблица 4

Значения коэффициентов запаса прочности [S] и допускаемых напряжений при расчете резьбовых соединений.

Вид внешней нагрузки

Затяжка

Запас прочности или допускаемое напряжение

Статическая отрывающая

Отсутствует

[S]=1,6ч1,7

Статическая отрывающая

Контролируемая

[S]=1,2ч1,5

Не контролируемая

[S] по таблице 5

Переменная отрывающая

Контролируемая

[S] а 1,5ч2,5;

S=1,2ч1,5

Не контролируемая

[S] а 2,54

[S] по таблице 5

Продолжение Таблицы 4

Вид внешней нагрузки

Затяжка

Запас прочности или допускаемое напряжение

Статическая сдвигающая, болты без зазора

Отсутствует

 =0,4т

см=0,8т для стали

см=(0,40,5)в для чугуна

Статическая сдвигающая, болты с зазором

Контролируемая

S=1,2ч1,5

Неконтролируемая

[S] по таблице 5

Переменная сдвигающая, болты с зазором

Контролируемая

[S]=1,2ч1,5

Неконтролируемая

[S] по таблице 5

Переменная сдвигающая, болты без зазора

Отсутствует

[]=(0,2ч0,3)?т

Прочность стыков при любой нагрузке



Для стали [см=0,8·в

Для чугуна [см=0,4·в

Для бетона [см=12 МПа

Для кирпича [см=0,52 МПа

Для дерева [см=24 МПа


Таблица 5

Значение коэффициента запаса прочности [s] при расчете болтов

с неконтролируемой затяжкой

Материал болта

Постоянная нагрузка

Переменная нагрузка

М6-М16

М16-М30

М6-М16

М16-М30

Углеродистая сталь

54

42,5

128,5

9,5

Легированная сталь

6,55

53,3

106,5

6,5

3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ СТЫКОВ ГРУППОВЫХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
3.1. Исходные данные.

3.1.1. Результаты расчетов элементов металлоконструкции.

3.1.2. Разработанные присоединительные элементы сборочных единиц.

3.1.2.1. Форма присоединительного элемента — прямоугольная или круглая — определяется при уточнении задания.

3.1.2.2. Место положения присоединительного элемента: размеры отверстий под болты, число болтов, расстояния между ними.

3.1.2.3. В случае наличия сборочных чертежей присоединяемых изделий необходимые данные для разработки стыков считываются с чертежей и по ним разрабатывается конструкция стыка.
3.2. Требования к конструкциям стыков.

3.2.1. В случае отсутствия чертежей стык должен быть разработан с учетом возможности размещения болтов без значительного снижения прочности конструкции. К этому варианту относятся разработки соединений деталей металлоконструкций и другие соединения, особенно с использованием стандартных профилей.

3.2.2. Разработанный стык должен иметь размеры, обеспечивающие использование стандартного монтажного инструмента.

3.2.3. Размеры стыка и отверстий в стыке должны соответствовать стандартным размерам болтов и других крепежных изделий.
3.3. Конструирование стыков болтовых соединений внахлестку.

3.3.1. Конструирование стыков групповых болтовых соединений элементов металлоконструкций внахлестку осуществляется с использованием накладок и прочих элементов из стандартных профилей: двутавров, швеллеров, уголков, пластин и т. п.

3.3.2. Для стандартных профилей в таблицах а, б, в Приложения 3 приведены наибольшие размеры отверстий d2 и наибольшие размеры высот накладок h2.

3.3.3. По размеру d2 определяем наибольший размер резьбы болтов, превышать которые не рекомендуется, так как это может привести к проблемам установки и завинчивания гаек болтов.

3.3.4. При установке болтов в отверстия без зазора размер отверстия также не должен превышать указанные в таблице.

3.3.5. Высоты накладок, установленных “внутри” профиля, не должны превышать размер h2, указанный в таблицах а, б, в, более чем на 1-2 мм.

3.3.6. При конструировании стыка с более чем двумя рядами болтов требуется дополнительный проверочный расчет сечения.

3.3.7. На рис. 12 показан вариант установки болтов по четыре в ряд на пяти рядах.



Рис. 12. Конструирование резьбового стыка боковой накладки соединений двутавров:

1 – двутавр; 2 – боковые накладки;

а) конструкция стыка; б) схема нагружения
3.3.8. Расстояние от торца накладки до оси первого ряда болтов e принимаем по рекомендации e іd, где d — наружный диаметр резьбы болта.

3.3.9. Расстояние между осями болтов в горизонтальном ряду и расстояние между рядами примем аі3,5·d из условия обеспечения возможности затяжки болтов любым инструментом.

3.3.10. Число горизонтальных рядов z может быть от двух до пяти. В общем случае высота накладки равна

hн = 2·e + (z-1)·a = (3,5·z-1,5)·d.

3.3.12. Выбрав величину диаметра резьбы и задавшись числом рядов, определяют высоту накладки. Если >, то для данного номера двутавра реализовать принятое число рядов нельзя. Необходимо изменить число рядов до получения приемлемого результата.

3.3.13. При округлении величины hн до стандартной ширины полосы возможно изменить размеры e и a так, чтобы высота накладки hн была не больше h2.

3.3.14. Величина нахлестки lн определяется по принятым размерам a и l.

lн/2 = 2·e + (z1-1)·a = (3,5·z1-1,5)·d,

где z1 – число болтов в горизонтальном ряду.

3.3.15. Числом рядов z и числом болтов в ряду z1 задаются исходя из конструктивных соображений, совета руководителя и анализа изготовленных конструкций. Советуем в предварительном расчете принять z и z12ё4. Выполнить расчет до пункта, где и будет сделан вывод о приемлемости принятого варианта расчета.

3.3.16. Толщина накладки берется не менее величины t и для швеллеров, и для двутавров, и для уголков.

3.3.17. При проектировании стыков схему размещения отверстий под болты делаем симметричной, желательно — относительно двух осей.

3.3.18. Конструирование накладок, установленных на полках швеллеров и двутавров.

3.3.18.1. Наибольший диаметр резьбы d болтов накладки на полках швеллеров, двутавров, уголков определяется по таблицам Приложения 3 по величинам размеров d1 и d2.

3.3.18.2. Назначается число рядов z болтов.

3.3.18.3. Ширина накладки, величина нахлестки, толщина накладки определяются также, как и в пунктах 3.3.12, 3.3.14 и 3.3.16.

3.3.18.4. При наличии в конструкции накладок на стенках и полках они конструируются раздельно, так как диаметр болта может быть разный (это нежелательно).
3.4. Конструирование круглых стыков (фланцев).

3.4.1. На рисунке 13 показан пример конструкции стыка, выполненного в виде фланца.

3.4.2. Исходными данными для такого проектирования является диаметр D1 меньшего цилиндра.

3.4.3. Диаметр болтов соединения назначается конструктивно, число болтов также назначается конструктивно zб3ё24, в зависимости от размеров соединения.

3.4.4. Из условия размещения болтов и гаек и возможности завинчивания инструментом размеры К2 и К1 (см. рис. 13), принимают:

а) для стальных фланцев К2 =1,3·d и К1 = 1,5·d,

б) для чугунных фланцев К2= 1,5·d и К1 = 1,7·d,

где К1 – расстояние от обработанной стенки до оси болта и К2 – расстояние от оси болта до края фланца; d – наружный диаметр резьбы болта.

В некоторой литературе есть другие рекомендации по конструированию. Их можно использовать, ссылаясь на авторов.

3.4.5. Размер диаметра размещения болтов:

Dб = D1 + 2·К1.

3.4.6. Размер наружного опорного диаметра фланца для установки на металлоконструкции определяют так:

Dн = Dб + 2К2.

3.4.7. Для уменьшения размера опорной поверхности иногда предусматривают не сплошную поверхность, а — выполненную в виде кольца с внутренним диаметром Dо»D1 или назначаемым конструктивно. Глубина f при этом равна 1ё4 мм.

3.4.8. Толщина фланца d назначается конструктивно. Для фланцев из серого чугуна 6+(0,022ё0,025)·Dб или d і1,5·d, где d – наружный диаметр резьбы болта. Для стальных фланцев d і1,2·d.

3.4.9. Шаг болтов t по хорде окружности центров отверстий принимают по рекомендации:

t іа·d ,

где d – наружный диаметр резьбы болта и а – коэффициент, принимаемый а6ё8 для фланцев средней жесткости; а8ё10 для фланцев повышенной жесткости. Шаг меньшей величины принимать нельзя.
3.5. Конструирование стыков произвольной формы.

3.5.1. На рис. 14 показано конструирование прямоугольного стыка.

3.5.2. Размеры В и Н определяют размер детали, основание которой проектируем.

3.5.3. Шаг размещения болтов t — не менее определенного по п. 3.4.9. Диаметр болтов назначаем конструктивно или по совету преподавателя. Если болты можно отнести к фундаментным, то диаметр принимают не менее М16.

Если среди деталей конструкции имеется стандартный профиль, то можно ориентироваться на наибольший размер отверстия в профиле.

3.5.4. Размеры основания Во и Но предварительно назначают:

Во = В + 2·(К1+ К2),

Но = Н + 2·(К1+ К2),

где В и Н – габариты детали, Во и Но – габариты основания, К1 и К2 см. рекомендации к п. 3.4.4.

3.5.5. Шаг болтов, не менее (см. п. 3.4.9).

t а · d.

3.5.6. Числом болтов обычно задаются, а затем уточняют шаг, приняв конкретные размеры Во и Но.


f


Рис. 13. Конструкция круглого стыка
3.5.7. Стык конструируют, размещая болты относительно центра стыка симметрично.

3.5.8. Рекомендации по расчету толщины основания см. в п. 3.4.8.

3.5.9. Опорную поверхность принимают сплошной редко. Обычно принимают несплошной. Размеры платиков принимают конструктивно, уменьшая площадь ВоxНо до двух раз.



Рис. 14. Конструкция стыка прямоугольной формы
4. РАСЧЕТ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГРУППОЙ БОЛТОВ
4.1. Основные допущения при расчете.

4.1.1. Соединения, в которых более одного болта, относят к групповым соединениям.

4.1.2. Поверхности стыков остаются плоскими (недеформируемыми) при нагрузке. Это справедливо для стыков с жесткими соединяемыми деталями.

4.1.3. Поверхности стыка имеют оси симметрии, а болты расположены симметрично относительно этих осей.

4.1.4. Все болты соединения одинаковы и равнозатянуты. В некоторых случаях задается последовательность затяжки болтов.

4.1.5. В реальных условиях могут быть случаи, когда необходимо учитывать деформируемость деталей. Эта задача в данной методике не рассматривается.

4.1.6. Предположение, что все болты одинаковы, упрощает решение задачи конструирования и изготовления, но требуется четко определить наиболее нагруженный болт и расчет вести по наибольшей нагрузке. Расчет других болтов нет смысла проводить, так как они все будут менее нагружены.
4.2. Классификация групповых болтовых соединений.

4.2.1. Групповые болтовые соединения условно делят на:

4.2.1.1. Соединения, нагруженные сдвигающими силами и моментами (то есть действующими в плоскости стыка).

4.2.1.2. Соединения, нагруженные отрывающими силами и моментами (то есть действующими в плоскости, перпендикулярной к плоскости стыка).

4.2.1.3. Соединения, нагруженные сдвигающими и отрывающими силовыми факторами одновременно.
4.3. Порядок расчета группового соединения, нагруженного в плоскости стыка.

4.3.1. Конструируем стык. Основные правила конструирования изложены в п. 3.5.

4.3.2. Составляем расчетную схему нагружения. Если действуют несколько силовых факторов, они приводятся к центру тяжести стыка, заменяются проекциями главного вектора сил на оси: Fx, Fy, Fz, и составляющими главного момента, действующих относительно осей: Mx, My, Mz.



Рис. 15. Схема нагружения болтов сдвигающими силами и моментом.
Момент, действующий в плоскости стыка, то есть относительно оси, перпендикулярной плоскости стыка, называем крутящим или сдвигающим и обозначаем Т. Остальные моменты — отрывающие. Такой прием удобен, так как позволяет четко представить себе нагружение и применить принцип независимости действия сил (принцип суперпозиции) для определения силового воздействия на каждый болт.

4.3.3. Предположение, что стыки недеформируемы при нагрузке, позволяет считать:

4.3.3.1. что при действии сил, приложенных в центре тяжести стыка, сдвигающие силы распределяются между болтами равномерно;

4.3.3.2. что при действии крутящего момента происходит поворот сечения относительно его центра тяжести, чему препятствует болт, поставленный без зазора, или сила трения в стыке, вызванная силой затяжки, при установке болтов с зазором.

4.3.4. Определяем нагружение каждого болта на примере рис. 15. Рассмотрим вариант двухрядного стыка с 5 болтами в ряду. Центр тяжести стыка расположен в точке О. Оси Z и X лежат в плоскости стыка и проходят через О – центр тяжести, он же центр симметрии стыка. Ось Y перпендикулярна плоскости стыка, относительно этой оси действует момент Т.

4.3.5. Приложим в центр тяжести О силу Fx. В силу сделанных предположений нагрузка на все болты от силы Fx одинакова по величине и направлению Fx1= Fx2 =…= Fx10 = .

4.3.6. Приложим в центр тяжести О силу Fz по аналогии с Fx.

Fz1 = Fz2 =…= Fz10 =

4.3.7. Приложим крутящий момент Т, действующий относительно оси Y (см. рис. 15). Усилия от действия момента Т распределяются между болтами неравномерно по величине и направлению. Усилие на произвольный болт направлено перпендикулярно к радиус вектору i и по величине определяется в общем случае:

,

где i – величина расстояния от центра тяжести стыка до оси произвольного болта, zi – число болтов, расположенных на радиусе i.

Для определения наиболее нагруженного болта в числителе i принимается max. В случае нагружения по рис. 15 наибольшее усилие:

.

4.3.8. Суммарная нагрузка на каждый болт определяется суммой:

.

4.3.9. Наибольшая нагрузка приходится на болт 10 (см. рис. 15). Величина наибольшей нагрузки на болт 10:



Обратите внимание, что суммирование сил — векторное. Это действие проще всего выполнить графически в масштабе. Для суммирования алгебраического следует вычислять углы между векторами, а это решение громоздкое.

4.3.10. В случае установки болтов без зазора проводим расчет диаметра резьбы болта по методике, изложенной в разделе 2.2 «Расчет соединения одиночным болтом, установленным без зазора …». Расчет ведется по усилию Fmax из условия неподвижности стыка.

4.3.11. В случае установки болтов с зазором проводим расчет диаметра резьбы болта по методике, изложенной в разделе 2.3 «Расчет соединения одиночным болтом, установленным в отверстии деталей с зазором …». Расчет ведется по усилию Fmax из условия неподвижности стыка.

4.3.12. В случае, если в результате расчета болтов не выполняется условие d<dmax, т. е. размер резьбы превышает наибольший допустимый для данной детали, то следует:

4.3.12.1. изменить материал болта, т. е. допускаемое напряжение. Этот прием возможен при небольших отклонениях диаметров.

4.3.12.2. вернуться к п. 4.3.1 в части конструирования стыка, изменить число болтов, размеры стыка, число рядов и т. д. В некоторых случаях надо вносить изменения в размеры соединяемых деталей.
4.4. Порядок расчета группового болтового соединения, нагруженного в плоскости, перпендикулярной к плоскости стыка.

4.4.1. Конструируют стык.

Основные правила при конструировании изложены ранее. Задаются предварительно числом болтов и другими параметрами стыка (см. рис. 16д). Не усложняйте конструкцию стыка при первом конструировании. Задачи обычно требуют нескольких приближений, а они связаны, в основном, с конструированием стыка. На рис.16д показан стык, состоящий из 12 болтов.



а) б) в) г) д)

Рис. 16. Схема нагружения стыка отрывающими силой Fx и моментом My:

а) схема нагружения; б) распределение отрывающей силы по болтам стыка;

в) распределение сил от отрывающего момента по болтам стыка; г) распределение суммарного нагружения по болтам стыка; д) план стыка.
4.4.2. Составляют расчетную схему нагружения. Если действует несколько отрывающих силовых факторов, то удобно привести их к центру тяжести стыка, заменить их главным вектором внешних сил и спроектировать его на ось, перпендикулярную плоскости стыка, и главным моментом My относительно оси Y. На рис. 16а сила – отрывающая сила, момент Мy – отрывающий момент.

4.4.3. Сделанные предположения о жесткости стыка позволяют считать:

4.4.3.1. отрывающие силы, действующие в центре тяжести стыка, равномерно воспринимаются всеми болтами.

4.4.3.2. отрывающие моменты вызывают поворот сечения относительно осей, проходящих через центр тяжести стыка.

4.4.4 Определяем нагружение каждого болта.

4.4.4.1. Отрывающая сила распределяется между болтами равномерно. Нагружение произвольно взятого болта , где z – суммарное число болтов в стыке. На рис. 16б показано распределение внешней отрывающей силы между болтами.

4.4.4.2. Отрывающий момент нагружает болты неравномерно величинами, пропорциональными расстояниям от центра тяжести. Усилие, действующее на произвольный болт, см. рис. 16г:

,

где z1=3 – число болтов ряда на расстоянии l3 от оси Y, z2=2 – число болтов ряда на расстоянии l4 от оси Y.

Из построенных эпюр распределения внешней нагрузки от отрывающего момента (рис. 16в) видно, что наибольшая нагрузка в болтах 1, 2, 3 растягивающая и в болтах 7, 8, 9 – сжимающая.

.

4.4.4.3. На рис. 16г показано суммарное нагружение болтов левого ряда. Наиболее нагружены болты 1, 2, 3.

.

4.4.5. Сила затяжки болтов для данного соединения рассчитывается по методике, изложенной в разделе 4.6. Определяется сила затяжки из условия нераскрытия стыка.

4.4.6. По величине Fmax будем рассчитывать болт на прочность по методике, изложенной в разделе 2.4 «Расчёт соединения одиночным болтом, нагружённым отрывающей силой».

4.4.7. Из произведенного расчета определяют необходимый стандартный размер резьбы болта. Если произведенный расчет дает отклонения от предварительно принятого размера резьбы, следует:

а) изменить марку материала болта,

б) изменить конструкцию стыка под другой болт (например, если возможно изменить число болтов в ряду, изменить размеры стыка, например, l3 и l4 и т.д.).

После уточнения произвести проверочный расчет болтов до получения приемлемого результата.
4.5. Порядок расчета группового соединения в случае нагружения одновременно сдвигающими и отрывающими нагрузками.

4.5.1. Такой случай является наиболее распространенным в практике. Пример приведен на рис. 17а.

4.5.2. Конструирование стыка ничем не отличается от изложенного в подразделе 4.4.

4.5.3. Составляют расчетную схему нагружения (см. п. 4.3.2 и 4.4.2), приводят отрывающие силовые факторы к проекции главного вектора отрывающих сил и отрывающему моменту (см. п. 4.4.2).

4.5.4. Приводят сдвигающие силовые факторы к проекции главного вектора Fz.

4.5.5. Дальнейший расчет идет по порядку, изложенному в п. 4.4.3  4.4.6.

4.5.6. Выполняют проверку по условию отсутствия сдвига при принятой силе затяжки болтов, рассчитанных по методике, изложенной в п. 4.6.

,

где Fзат – сила затяжки болтов, z – общее число болтов соединения, Fотр – отрывающая сила (например, сила Fx), Fсдв – суммарная сдвигающая сила (например, сила Fz),

f – коэффициент трения стыка о фундамент (см. литературу),

S’=1,32 – коэффициент запаса по сдвигу.

В приведенной формуле не учитывают действие отрывающего момента, так как он не сдвигает стык и не изменяет суммарной величины сил трения в стыке.

4.5.7. Если условие 4.5.6 не выполняется, то условие по нераскрытию стыка является не определяющим и, в тоже время, условие неподвижности стыка является основным. В этом случае можно поступить одним из следующих способов:

4.5.7.1. пересчитать силу затяжки из условия отсутствия сдвига и пересчитать диаметр резьбы болта:

;

4.5.7.2. установить болты (все или часть) без зазора;

4.5.7.3. применить разгрузочные устройства, воспринимающие всю сдвигающую нагрузку (см. литературу).
4.6. Расчет силы затяжки фундаментных болтов.

4.6.1. К этой группе болтов относятся болты, крепящие оборудование и металлоконструкции к металлическим рамам или к неметаллическим стенам, колоннам, фундаментам.



а) б) в) г) д) е)

Рис. 17. Схема к расчету силы затяжки фундаментных болтов:

1 – основание, 2 – фундамент;

а) схема нагружения; б) эпюра напряжений в стыке от силы затяжки; в) эпюра напряжений от отрывающей силы Fx; г) эпюра напряжений в стыке от отрывающего момента Му; д) суммарная эпюра напряжений в стыке; е) план стыка.
4.6.2. Эти болтовые соединения относятся к соединениям, нагруженным отрывающими и сдвигающими силовыми факторами одновременно.

4.6.3. Обычно расчет ведут по условию нераскрытия стыка, а по условию неподвижности стыка делают проверку.

4.6.4. На рис. 17а показан пример такого соединения. Размеры опорной пластины (стыка) BxH см. рис. 17е.

4.6.5. До приложения внешней нагрузки Fx, Fz, My производят затяжку болтов усилием Fзат. Все болты затягивают одинаково. Тогда давление основания на фундамент (напряжение смятия):

,

где А=В·Н – площадь стыка.

4.6.6. Внешние силовые факторы вызывают в стыке дополнительные напряжения.

4.6.6.1. Усилие Fx вызывает уменьшение напряжения от затяжки на величину:

,

где (1–) – доля внешней нагрузки, которая идет на нагружение стыка внешней силой. В фундаменте принимают 0, что идет в запас прочности.

4.6.6.2. Предполагаем, что под действием внешнего момента Му стык будет поворачиваться относительно оси симметрии стыка. Если затяжка отсутствует, то осью поворота будет нижняя кромка основания (см. рис. 17а). Пока давление между основанием и фундаментом обеспечено, то есть в стыке — напряжения сжатия, то стык затянут, и основание и фундамент можно считать единым целым. Испытания подтверждают это предположение.

4.6.6.3. Из предыдущего пункта понятно, почему основным критерием расчета таких соединений является условие нераскрытия стыка.

4.6.6.4. Пренебрегая величиной при расчете фундаментных болтов, найдём напряжение в стыке от изгиба:

,

где – осевой момент сопротивления стыка; зависит от формы стыка.

        1. Эпюра напряжений в стыке от изгиба приведена на рис. 17г.

4.6.7. Для выполнения условия нераскрытия стыка напряжения в нем должны быть сжимающими. На рис. 17д приведены варианты эпюры суммарных напряжений в стыке.

а) 2, 3 – стык раскрыт 0;

б) 1– стык не раскрыт <0, то есть сжимающее;

4.6.8. Из условия нераскрытия стыка напряжение в нем может быть определено:

,

где S=1,32 – коэффициент запаса по нераскрытию стыка. Знак «–» берется при сжимающей силе Fx.

4.6.9. Требуемая сила затяжки болтов из условия нераскрытия стыка.

.

4.6.9.1. Из формулы для определения Fзат видно, что уменьшение площади стыка A уменьшает требуемую силу затяжки.

4.6.9.2. Целесообразно делать стыки не сплошными, а — как показано на рис. 16, 17.

4.6.9.3. Целесообразность делать стыки несплошными подтверждается следующим: если уменьшить площадь А до А1 вдвое А1=0,5·А, то мy возрастет на 12%, а усилие затяжки уменьшится на 38%.

4.6.10. Проверяем и максимальное напряжение смятия фундамента:

см = max  []см.

Величина допускаемого напряжения для разных материалов приведена в разделе 2.

5.ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАНИЙ
5.1. Состав задания.

5.1.1. Пояснительная записка выполняется на листах А4 в соответствии с требованиями к оформлению текстовых документов ЕСКД и включает в себя следующие разделы:

5.1.1.1. Титульный лист. Пример оформления титульного листа показан в Приложении 1.

5.1.1.2. Техническое задание состоит из двух частей:

а) исходные данные, не подлежащие изменению при решении,

б) исходные данные, принимаемые при решении.

Техническое задание (ТЗ) оформляется на бланке задания или в свободной форме на формате А4 и подписывается руководителем и студентом. Обратите внимание: на листе ТЗ не делается основная надпись.

5.1.1.3. Лист «Содержание» выполняется на формате А4 с основной надписью по форме 2, в которой должны быть фамилии и подписи выполнившего и принявшего задание, название работы, ее шифр. Пример выполнения листа «Содержание» в приложении 1.

5.1.1.4. Содержательная часть пояснительной записки разбивается на разделы и подразделы, имеющие названия, входящие в лист «Содержание». Разделы включают в себя этапы расчета и выполняются на форматах А4 с основной надписью по форме 2а. Каждый раздел начинается с новой страницы. В случае, если оформление с двух сторон листа, то на оборотной стороне лист имеет основную надпись по форме 2б. Примером оформления страниц содержательной части могут являться данная методичка или «Пример расчета» в Приложении 1.

5.1.1.5. Лист «Список использованной литературы» выполняется на формате А4 с основной надписью по форме 2а или 2б.

5.1.1.6. Приложения оформляют на листах формата А4 или А3, сложенного до формата А4 и имеют основные надписи 2а или 2б, как все остальные листы записки. Каждое приложение имеет название, листы нумеруются в пределах пояснительной записки и в основных надписях. Приложения включаются в лист «Содержание».

5.1.2. Графическая часть выполняется в соответствии с заданием (если это требование есть в задании).

5.1.2.1. Выполняется сборочный чертеж в соответствии с требованиями ЕСКД к сборочным чертежам.

5.1.2.2. Выполняется спецификация к чертежам СБ.

5.1.2.3. Графические документы вставляются в записку задания после Приложений, сложенные до формата А4.

5.1.2.4. Сначала идут сборочные чертежи. Следом идут спецификации на чертежи СБ.

5.1.2.5. Если выполнены рабочие чертежи, они помещаются после спецификаций.

5.1.2.6. Графические документы могут быть представлены в приложениях, но — в виде рисунков.

5.1.2.7. Обратите внимание, что в расчетно-графических работах не требуется выполнения ведомости проекта.

5.1.2.8. Графические документы нумеруются в правом верхнем углу за пределом рамки листа. При этом нумеруются все листы пояснительной записки. В этом случае листы записки имеют одинаковую нумерацию и в основной надписи и в правом углу.

5.1.2.9. Разрешается, при выполнении учебных расчетов, вносить графические документы в состав записки, при этом в листе «Содержание» после «Приложений» идет перечень этих документов с нумерацией по пункту 5.1.2.8.
5.2. Пример оформления расчетного задания смотрите в Приложении 1.
5.3. Выполненное задание сдается на кафедру и защищается (принимается) в установленном порядке.
6. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Гузенков П.Г. Детали машин: Учебное пособие для студентов втузов. – Москва: Высшая школа, 1986г. – 360с., ил.

2. Иванов М.Н. Детали машин. – Москва: Высшая школа, 1999г. – 280с., ил.

3. Иванов М.Н. Детали машин. – Москва: Высшая школа, 1976г. – 230 с., ил.

4. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. – Москва: Машиностроение, 1988г., Кн. 1-2.

5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т. Т. 1. — 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. — М.: Машиностроение, 1999. — 912 с.: ил.


Приложение 1

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Подъемно-транспортные машины,

производственная логистика и механика машин»

Расчетное задание

по деталям машин и основам конструирования

«Расчет резьбовых соединений»


Выполнил: ст. гр. ММ31

________________А.А. Годына

Принял: доц. каф. ПТМ

_______________В.В. Романов

Дата сдачи________________
Астрахань 2004

Продолжение Приложения 1

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ №5 ВАРИАНТ 4

  1   2   3   4


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации