Расчет болтов при действии переменной нагрузки

Болтовые соединения, нагруженные переменной нагрузкой, собирают, как правило, с предварительной затяжкой F₀. Диаграмма изменения сил и напряжений в болтах затянутого соединения с переменной внешней нагрузкой, изменяющейся от 0 до F, приведена на рис. 3.16.

При этом, чем меньше переменная составляющая F по сравнению с силой затяжки F₀, тем лучше условия работы болта; поэтому стараются выполнить болт более податливым. Расчет носит проверочный характер и состоит в определении коэффициента запаса усталостной и статической прочности.

Среднее напряжение цикла (см. рис. 3.16)

где А_б - площадь поперечного сечения болта.

Рис. 3.16. Диаграмма изменения усилий и напряжений в стержне болта при действии переменной нагрузки F на затянутое соединение

Амплитудное напряжение

Запас усталостной прочности подсчитывают по формуле

где - предел выносливости материала болта; K_s - эффективный коэффициент концентрации напряжений в резьбе; e_s - масштабный фактор; y_s - коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла; s_m,s_a - среднее и амплитудное напряжения цикла.

Значение K_s зависит от многих факторов и трудно поддается точному учету. Для приближенных расчетов рекомендуют: К_s » 3,5...4,5 - для углеродистых сталей, К_s » 4,0...5,5 - для легированных сталей.

Значения масштабного фактора e_s зависят от диаметра болта d:

Коэффициент y_sзависит от состава стали: для низкоуглеродистой стали y_s=0,05; для среднеуглеродистой y_s=0,1, для легированной стали y_s=0,15.

Допускаемый коэффициент запаса усталостной прочности определяется по формуле Кудрявцева В.Н.

где k - коэффициент; k = 1 для углеродистых сталей; k = 1,25 - для легированных сталей; F_ар - расчетная нагрузка в болте, Н.

Кроме запаса усталостной прочности при действии переменных напряжений определяют запас статической прочности материала

Допускаемый запас статической прочности при неконтролируемой затяжке определяют по табличным данным (см. табл. 3.2); при контролируемой затяжке [S]_Т = 1,2...1,5.

При S ³ [S] и S_Т ³ [S]_Т болт удовлетворяет условию прочности при действии переменных напряжений.