Расчет на не раскрытие стыка

В этом случае предварительная затяжка должна обеспечить герметичность соединения или не раскрытие стыка под нагрузкой (рисунок 2.12). Такая задача является статически неопределимой и решается только с учетом деформации соединяемых деталей.

Рисунок 2.12 – Схема нагружения крышки сосуда

Обозначим как F_з – усилие предварительной затяжки болта, F = R/z – внешнюю нагрузку, приходящуюся на один болт (где z – число болтов; R = πD²p/4 - усилие на крышку от давления в сосуде р) и Δ_в – дополнительное растяжение винта от внешней нагрузки.

Также обозначим как χ – коэффициент внешней нагрузки, который учитывает приращение нагрузки на болт в долях от силы F:

.

(2.39)

Тогда суммарная нагрузка, действующая на один болт

.

(2.40)

Усилие, раскрывающее стык соединяемых деталей

.

(2.41)

Стык деталей не будет раскрыт, если усилие предварительной затяжки болта будет равно или несколько превышать это усилие, т. е.

,

(2.42)

где К_з – коэффициент запаса предварительной затяжки (в случае отсутствия прокладок К_з = 1,25 ÷ 2 – при постоянной и К_з = 2 ÷ 4 при переменной нагрузке).

Тогда выражение (2.40) будет иметь вид

.

(2.43)

С учетом влияния крутящего момента, действующего на болт при его затяжке, расчетная сила затяжки болта

.

(2.44)

Коэффициент внешней нагрузки χ определяют из условия совместности деформаций винта и соединяемых деталей

,

(2.45)

откуда

.

(2.46)

где λ_б – податливость винта, равная его удлинению при единичной нагрузке; λ_д – суммарная податливость соединяемых деталей.

Для винта, показанного на рисунке 2.12

(2.47)

где l – длина винта; Е_в, А_в – модуль упругости материала и площадь поперечного сечения винта.

Податливость деталей соединения

(2.48)

где h₁, h₂, h₃ – толщина соединяемых деталей; А₁, А₂, А₃ – площади сечения деталей; Е₁, Е₂, Е₃ – модули упругости материала деталей.

Точный расчет коэффициента χ сложен. При приближенных расчетах принимают: для соединения стальных и чугунных деталей без упругих прокладок χ = 0,2 ÷ 0,3; для соединения тех же деталей, но с упругими прокладками (резина, полиэтилен, асбест и др.) χ = 0,4 ÷ 0,5.

Анализ выражения (2.46) показывает, чем выше податливость болта и ниже податливость соединяемых деталей, тем ниже коэффициент χ. На практике это достигается путем использования пустотелых болтов и жестких фланцев.

С учетом выражения (2.44) прочность болта оценивают по эквивалентному напряжению

.

(2.49)

Проектный расчет выполняют по формуле

.

(2.50)