Болт предварительно затянут, внешняя нагрузка отсутствует

Примером служат болты для крепления ненагруженных герметичных крышек и люков корпусов машин (рис. 36).

В этом случае стержень болта растягивается осевой силой F_зат , возникающей от затяжки болта, и закручивается моментом сил трения в резьбе Т_р [см. формулу (5)].

Напряжения растяжения от силы затяжки F_зат :

(17)

Напряжения кручения от момента Т_р:

(18)

где W_p = πd₁³/16 ≈0,2d₁³ – момент сопротивления расчетного сечения при кручении.

Требуемая сила затяжки:

F_зат = А σ_СМ, (19)

где А – площадь стыка деталей, приходящаяся на один болт; σ_СМ – напряжения смятия в стыке деталей по условиям герметичности (принимают по рекомендациям, изложенным в справочной литературе).

Рис.36. Болт предварительно затянут, внешняя нагрузка отсутствует [1]

Прочность болта определяют по эквивалентному напряжению σ_Е:

(20)

Для стандартных метрических резьб (ψ = 1,5…3º, φ = 6…16º) можно приближенно принять σ_Е ≈ 1,3σ_р .

Физический смысл коэффициента 1,3 заключается в том, что с его помощью учитывают касательные напряжения в резьбе стержня, возникающие при скручивании его моментом сил трения в резьбе Т_р .

Это позволяет рассчитывать прочность болта по упрощенной формуле

(21)

При проектном расчете внутренний диаметр d₁ резьбы болта можно определить из (21):

(22)

а по нему подобрать стандартную резьбу.

При расчете по зависимостям (20)…(22) допускаемые напряжения растяжения [σ_p] для предварительно затянутых болтов определяют по формуле

где σ_Т – предел текучести материала стержня болта; S_Т – коэффициент запаса статической прочности по текучести материала; при контролируемой затяжке S_Т = 1,5…2,5; при неконтролируемой затяжке для болтов М6…М16 S_Т = 5…4 (для болтов из углеродистой стали) и S_Т = 6,5…5 (для болтов из легированной стали).

Увеличение S_Т для болтов малых диаметров при неконтролируемой затяжке связано с возможностью их разрушения.