Ульянов А.А. и др. Расчет болтовых соединений - файл n1.doc

приобрести
Ульянов А.А. и др. Расчет болтовых соединений
скачать (1575 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1575kb.13.09.2012 11:21скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7


Министерство образования Российской Федерации
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра  Детали машин и ТММ 


РАСЧЕТ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Методические указания по курсу

"Детали машин и основы конструирования"

для студентов машиностроительных специальностей

всех форм обучения


Нижний Новгород

2004

Составители: А.А. Ульянов, Л.Т. Крюков, В.Е. Желандовский,

М.Н. Лукьянов

УДК 621.833: 539.4 (075.5)


Расчет болтовых соединений: Метод. указания по курсу "Детали машин и основы конструирования" для студентов машиностроительных специальностей всех форм обучения / НГТУ; Сост.: А.А. Ульянов, Л.Т. Крюков и др.–

Н. Новгород, 2004. – 31 с.

Научный редактор В.Г. Качалкин
Редактор И.И. Морозова


Подп. в печ. 05.04.04. Формат 60х841/16. Бумага газетная.

Печать офсетная. Печ. л. 2. Уч.- изд. л. 1,6. Тираж 750 экз. Заказ 321. .

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ, 603600, Н. Новгород, ул. Минина, 24.


© Нижегородский государственный

технический университет, 2004


  1. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ КРЕПЕЖНЫХ ДЕТАЛЕЙ


Для разъемных соединений деталей машин применяют болты (рис. 1.1, а), винты (рис. 1.1, б) и шпильки (рис. 1.1, в).


Рис. 1.1


Болтовое соединение самое простое, дешевое и неэстетичное. Болты применяют:

а) для скрепления деталей небольшой толщины при наличии места для расположения головки болта и гайки;

б) для соединения деталей из материалов, не обеспечивающих достаточ-ную прочность и долговечность резьбы;

в) при необходимости частых разборок и сборок деталей.

Винты (вместо гаек – резьба в одной из скрепляемых деталей) приме-няют при

а) достаточной толщине и прочности детали с резьбой;

б) отсутствии места для размещения гаек;

в) высоких требованиях к массе и внешнему виду соединения.

Шпильки применяют в тех же случаях, что и винты, но когда материал соединяемых деталей не обеспечивает достаточной долговечности резьбы при требовании частых разборок и сборок соединения.

Так как методики расчета и конструирования для всех трех видов соединений в общем одинаковые, то в дальнейшем для простоты (как это принято) все эти соединения будем называть болтовыми, а различия (болты, винты, шпильки) указывать в конкретных необходимых случаях.

Основные конструктивные элементы соединений (рис. 1.1)

  1. Диаметры: d – наружный, d1 – внутренний, d2 – средний резьбы

болта (у гаек соответственно D, D1, D2).

2. Глубина завинчивания l1 из условия равнопрочности витков резьбы на

срез и стержня болта на растяжение:

а) в сталь l1 = d и 1,25d;

б) в чугун l1 = 1,25d и 1,6d;

в) в легкие сплавы l1 = 2d и 2,5d.

3. Элементы: l2  0,3d; l3 = (0,2…0,3)d; недорез а = 6Р; сбег резьбы х =

= (2…2,5)Р, где Р – шаг резьбы.

4. Длины: а) болта l = H1 + H2 + S + H + l3;

б) винта l = l1 + H1 + S ; в) шпильки l = H1 + S + H + l3,

где Н1, Н2 – толщины скрепляемых деталей (Нi, где i – количество деталей);

S – толщина шайбы; Н – высота гайки.

Расчетное значение l округляют по ряду длин соответствующих ГОСТов на крепежные изделия. Длина нарезанной части стержня l0.

  1. Диаметры сквозных отверстий dh под болты с зазором приведены в

табл. А1 приложения А.

На рис. А1 и в табл. А2 приложения А приведены размеры болтов с шестигранной головкой класса точности В (нормального) по ГОСТ 7798-70 и ГОСТ 7796-70 (с уменьшенной головкой). Болты с отверстиями в конце резьбового стержня (рис. А1, б) – исполнение 2 – применяют в паре с прорезны-ми и корончатыми гайками при стопорении резьбы шплинтами.

На рис. А2 и в табл. А3 даны размеры болтов повышенной точности с шестигранной уменьшенной головкой для отверстий из-под развертки по ГОСТ 7817-80. Их применяют для восприятия сдвигающих сил. Одновременно, выполняя функции штифтов, такие болты фиксируют относительное положение деталей.

На рис. А3 и в табл. А4, А5 приведены размеры шпилек с концами l1, ввинчиваемыми в деталь, и l0 – под гайки по ГОСТ 22032-76…22041-76.

В зависимости от l1 различают стандарты:

  1. 22032-76 (класс точности В) и 22033-76 (класс точности А) – l1 = d

(детали стальные, бронзовые, латунные, титановые с достаточной пластич-ностью);

2) 22034-76 и 22035-76 – l1 = 1,25d (детали из стали с пониженной пластичностью, из ковкого и серого чугуна);

  1. 22036-76 и 22037-76 – l1 = 1,6d (детали из ковкого и серого чугуна);

  2. 22038-76 и 22039-76 – l1 = 2d ; 22040-76 и 22041-76 – l1 = 2,5d (детали

из легких сплавов).

На рис. А4, а и в табл. А6 приложения А даны размеры шестигранных гаек точности В по ГОСТ 5915-70, по ГОСТ 15521-70 (с уменьшенным размером “под ключ”); на рис. А4, б – по ГОСТ 5918-73 (прорезные и корон-чатые), по ГОСТ 2528-73 (прорезные с уменьшенным размером “под ключ” класса точности А).

Также выпускаются гайки низкие, высокие и особо высокие.

Гайки прорезные и корончатые применяют при стопорении разводными шплинтами в условиях вибрации и ударов.

Размеры шплинтов по ГОСТ 397-79 см. [1, c.73], [2, c.729].

На рис. А5 приложения А приведены конструкции крепежных винтов:

а) с цилиндрической головкой и шестигранным углублением “под ключ” класса точности А по ГОСТ 11738-84 (d = 3…52 мм);

б) с цилиндрической головкой по ГОСТ 1491-80 (d = 1…20 мм);

в) с полукруглой головкой по ГОСТ 17473-80 (d = 1…20 мм);

г) с потайной головкой по ГОСТ 17474-80 (d = 1…20 мм);

д) то же, что и ”г”, по ГОСТ 17475-80.

Размеры винтов по ГОСТ 11738-84, 17473-80 и 17475-80 приведены в табл. А7 приложения А; остальных см. [1, c.63].

На рис. А6 и в табл. А8 указаны размеры шайб обыкновенных по ГОСТ 11371-78; на рис. А7 и в табл. А9 – косых шайб по ГОСТ 10906-78.

Для круглых, косых и ряда стопорных шайб по ГОСТ 18123-82 установ-лены группы материалов и виды покрытия шайб см. [2]. Например, группа 01 – стали 08, 08кп, 10, 10кп; группа 02 – Ст3, Ст3кп; группа 03 – сталь 15; группа 04 – сталь 20, … группа 11 – сталь 40Х и 30ХГСА и т.д. Обозначение видов покрытий общее для всех крепежных изделий (см. ниже).

Широкое распространение получили шайбы пружинные (рис. А8 прило-жения А) по ГОСТ 6402-70. Концы шайбы заострены и в свободном состоянии разведены. При затяжке гайки шайба деформируется. При отвинчивании гайки острые кромки шайбы врезаются в торец гайки и плоскость детали и препятствуют отвинчиванию. Недостатками этих шайб являются появление заусенцев на гайке и детали при отвинчивании и некоторое смещение опорной реакции, что создает дополнительное напряжение изгиба в стержне болта. Эти шайбы неприменимы на закаленных поверхностях гайки и детали.

Размеры пружинных шайб даны в табл. А10 приложения А.

В последнее время широкое распространение получили щайбы стопорные с внутренними зубьями по ГОСТ 10462-81 ( для болтов и гаек с уменьшенными размерами “под ключ” и винтов) и с наружными зубьями по ГОСТ 10463-81. Эти шайбы не вызывают смещения опорной реакции и изгиба стержня болта. Их размеры см. [1, c.80].

На рис. А9 и в табл. А11 приложения А показаны размеры мест под гаечные ключи по ГОСТ 13682-80.

На рис. А10 и в табл. А12 приведены размеры мест под шестигранные головки болтов, гайки, шайбы по ГОСТ 12876-67; на рис. А11 и в табл. А13 – размеры мест под головки винтов.

Все крепежные резьбы при статической нагрузке удовлетворяют условиям самоторможения. При вибрации коэффициент трения (и угол трения) сильно падает, и резьбовая пара отвинчивается. Поэтому при переменных нагрузках обязательно применение стопорных средств. Например, см.

[1, c.91…95].
2. КЛАССЫ ПРОЧНОСТИ
По характеристикам статической прочности крепежные детали разделя-ют на классы прочности и группы.

Для стальных болтов, винтов и шпилек по ГОСТ 1759.4-87 предусмот-рено 11 классов прочности:

3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9 ( условно обозначим цифры a.b).

Первое число (а100, МПа) определяет номинальную величину предела прочности в материала. Произведение (аb10, МПа) – номинальное значение предела текучести т. Второе число (b10 = т / в %) – степень пластичности материала крепежной детали.

Минимальные значения вmin  в; тmin  т (табл. Б1 приложения Б). Например, для болта класса прочности 4.8 имеем в = 4100 = 400 МПа; т =

= 4810 = 320 МПа; т / в = 810 = 80%. При этом по стандарту_вmin = 420 МПа; тmin = 340 МПа.

Для стальных гаек с нормальной или большей высотой по

ГОСТ 1759.5-87 установлено 7 классов прочности: 4; 5; 6; 8; 9; 10; 12. Число, умноженное на 100, показывает напряжение от испытательной нагрузки.

Техническое правило: разрыв в соединении всегда должен быть по резьбе болта. Отсюда число класса прочности гайки показывает наибольший класс прочности болта, с которым может использоваться гайка в соединении. Например, гайка класса 6 может применяться с болтами классов прочности не выше 6.8.

Для каждого класса прочности стандарт рекомендует определенные марки сталей, их механические свойства и технологические процессы изготовления деталей (см. табл. Б2, Б3 приложения Б).

Для болтов классов прочности 8.8 и выше, гаек классов прочности 8 и выше в их обозначениях по ГОСТ после кдасса прочности полностью указывают марку легированной стали.

Крепежные изделия в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации могут быть изготовлены с защитным покрытием или без покрытия. Обозначение покрытий от 00 до 13 см. в [2, c.642]. Например, 00 – без покрытия; 01 – цинковое с хроматированием; 02 – кадмиевое с хроматированием; 05 – окисное; 12 – серебряное; 13 – никелевое.
3. РАСЧЕТ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Как правило, детали соединяются несколькими болтами, т.е. группой болтов. При расчете приняты следующие допущения:

  1. все болты одинаковые и равнозатянутые;

  2. поверхности стыка деталей не деформируются, остаются плоскими;

  3. как правило, стыки имеют оси симметрии, болты располагаются симметрично относительно этих осей.

Расчет группового болтового соединения сводится к отысканию нагрузки для наиболее нагруженного болта и его расчету на прочность как единичного.

    1. Нагрузка на соединение

3.1.1 Определяют коородинаты центра масс О (рис. 3.1) болтового соединения (на пересечении осей симметрии болтов). Если болты расположены несимметрично, то координаты центра масс находят по правилам теоретической механики.

      1. Число болтов z. Болты нумеруют в

любой последовательности (1, 2… z).

3.1.3. Внешнюю нагрузку приводят к центру О и определяют проекции главного вектора сил и главного момента на центральные оси.



Рис. 3.1

  1   2   3   4   5   6   7


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