Нагрузка продольная растягивающая.
Резьбовые соединения, нагруженные внешними отрывающими (растягивающими) силами и моментами, выполняют с предварительной затяжкой. Это необходимо для предотвращения относительного сдвига соединяемых деталей по стыку при случайных ударах (или при переменных нагрузках), а также для обеспечения жесткости и плотности стыка.
Рассмотрим болтовое соединение, предварительно затянутое силой FЗ, а затем нагруженное растягивающей силой Fa, (рисунок 80, а). Задача о распределении нагрузки между болтом и соединяемыми деталями является статически неопределимой и решается на основе совместности их упругих деформаций при допущениях?
1) материалы деталей соединения подчиняются закону Гука (рисунок 80, б);
2) напряжения в деталях соединения ниже пределу пропорциональности их материалов. Эта задача впервые была решена более ста лет назад профессором И.И. Бобарыковым.
Если по оси ординат отложить усилия, а по оси абсцисс - деформации, то в пределах упругих деформаций тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс есть характеристика жесткости. Например, на рисунке 80, в прямая 1 изображает зависимость деформации болта, а прямая 2 - деформации деталей от действующих на них усилий.
При затяжке соединения с силой Fз болт получает деформацию упругого растяжения lБ, а детали - упругого сжатия lП (см. рисунок 80, в).
Поскольку деформирование упругое, то величины lБ и lП определяют по формуле Гука [15, с.23].
(8.13)
где СБ, СД - коэффициенты жесткости болта и деталей (коэффициент численно равен силе, вызывающей деформацию на единице длины).
После приложения к соединению растягивающей силы Fa нагрузка на болт увеличивается от FЗ до fБ вызывая дополнительное его удлинение на величину DlБ:
FБ = F3 + (Fа - DFа),
DlБ = (Fа - DFа) / СБ (8.14)
Одновременно нагрузка уменьшается от FЗ до FОСТ, вызывая "разгрузку" стыка деталей от деформации сжатия:
FД = Fост = F3 - DFа, DlД = DFа / СД (8.15)
Поскольку изменения упругих деформаций болта и деталей под действием внешней силы Fa одинаковы (DlБ =DlД), то из (8.14) и (8.15) получим (Fа - DFа) / СБ = DFа / СД
Отсюда:
(8.16)
Тогда усилие, воздействующее на болт после, приложения к соединению силы Fa,, определим с учетом (6.14) и (8.16) так:
(8.17)
Как видно из (8.17), коэффициент внешней нагрузки c показывающий какая именно часть внешней нагрузки на соединение дополнительно растягивает болт, тем больше, чем меньше жесткость стыка деталей. Tax, например, при установке на стыке деталей упругих прокладок из резины, паронита и др, коэффициент c возрастает до 0,4…0,5 и более, а при отсутствии прокладок на стыке деталей c = 0,2..0,3 [4, с. 69]. Следовательно, для уменьшения дополнительной силы на болт от внешней нагрузки необходимо снижать коэффициент c путем увеличения жесткости стыка и податливости болта.
Зависимость (8.17) справедлива, пока сила остаточной затяжки действует на стык деталей, те пока Fост>0 (см. рисунок 80, в). В противном случае происходит раскрытие стыка деталей и, следовательно, плотность соединения нарушится. Поэтому из условия не раскрытия стыка деталей сила предварительной затяжки соединения должна быть FЗ > (1 - c) × Fa, например:
FЗ = k × (1 - c) × Fa (8.18)
где k - коэффициент запаса предварительной затяжки k = 1,25...2,00 при постоянной Fa.
где 
- коэффициент запаса предварительной затяжки к=1,25...2,00 при постоянной Fa.
К = 2...4 при переменной Fа [4, с. 69]. Таким образом, целью расчета затянутого соединения, нагруженного внешней растягивающей силой является определение величины силы предварительной затяжки FЗ, гарантирующей сохранение заданного давления на стыке деталей Fост после приложения к соединению внешней нагрузки Fa.
Поскольку под действием Fз болт не только растягивается, но и скручивается, то для стандартного болта (с нормальной метрической резьбой) расчетная нагрузка на основе (8.17) и (8.18)
FБ = 1,3 × F3 + c × Fа =1,3 × k × (1 - c) × Fa + c × Fа = Fa [1,3 × k × (1 - c) + c ]
Тогда условие прочности болта запишется в следующем виде:
(8.20)
При необходимости из (8.20) можно получить зависимость для расчета внутреннего диаметра резьбы болта d1, а затем, имея в виду, что d1 » 0.8d рассчитать наружный диаметр резьбы d и выбрать болт по соответствующему стандарту.
Если же по условиям эксплуатации соединения требуется его подтяжка уже после нагружения силой Fa , условие прочности болта изменится:
(8.21)
Здесь FБ - нагрузка на болт, рассчитанная по (8.19).
Итак, предварительная затяжка резьбового соединения является эффективным средством повышения его долговечности, так как в затянутом соединении 
на болт передается лишь часть внешней нагрузки. Для уменьшения дополнительной силы на болт от внешней нагрузки необходимо снижать коэффициент c путем увеличения жесткости стыка деталей.
Дата добавления: 2015-02-19; просмотров: 1225;