Материалы крепежных деталей и допускаемые напряжения

Для изготовления крепежных деталей применяют низко- и среднеуглеродистые стали, а для деталей, работающих при переменных и ударных нагрузках - легированные стали. Наиболее часто применяемые стали: Ст 3 кп; Ст 5; 10; 15; 20; 35; 45; 40Х; 30ХГСА и др. Допускаемые напряжения при расчете крепежных деталей определяют по формуле

[s]_p = s_пред/[S],

где s_пред = s_Т - для пластичных материалов, s_пред = s_в - для хрупких материалов. Допускаемые значения запаса прочности определяют по приведенной выше формуле Кудрявцева В.Н.

Таблица 3.1

Механические характеристики наиболее употребляемых

материалов крепежных изделий

Таблица 3.3

Значения запасов прочности для болтов с метрической резьбой (М6-М30) при неконтролируемой затяжке

Примечание: при контролируемой затяжке [S]_Т = 1,2...1,5.

Последовательность расчета резьбовых соединений

Алгоритм расчета резьбовых соединений при различных случаях нагружения изложен в разделах 3.2-3.4.

Таблица 3.4

Резьба метрическая (ГОСТ 24705-81), размеры, мм

Примеры расчета резьбовых соединений

Пример 1

Рассчитать болты крепления корпуса подшипника, установленного на валу привода цепного конвейера, если результирующая кН сил, действующих на опору, направлена под углом к горизонтали (рис. 3.17). Корпус подшипника смонтирован на массивной металлоконструкции.

Коэффициент внешней нагрузки Размеры узла: h = 100 мм; b = 90 мм; с = 90 мм; l₁ = 80 м; Н = 200 мм. Материал болтов – сталь 20; нагрузка статическая. Корпус подшипника крепится четырьмя болтам, поставленными в отверстия с зазором.

Рис. 3. 17. Схема к расчету болтов крепления корпуса подшипника

1. Разложим силу R на вертикальную N и горизонтальную S составляющие и приведем их к центру тяжести ЦТ площади стыка:

2. Вычислим вспомогательные параметры – площадь стыка и момент сопротивления площади стыка при повороте вокруг оси у:

3. Определим силу начальной затяжки по условию нераскрытия стыка

Примем коэффициент запаса по нераскрытию стыка

4. Определим силу затяжки по условию отсутствия сдвига, приняв коэффициент запаса от сдвига коэффициент трения

Дальнейший расчет ведем по наибольшему из двух значений .

5. Расчетную нагрузку на один болт определим, учитывая, что в рассматриваемом случае все четыре болта находятся на одинаковых расстояниях от центра тяжести стыка:

6. Определим допускаемые напряжения для материала болта. По табл. 3.1 (сталь 20).

Предположив диаметр болтов крепления подшипника в диапазоне М16 – М 30 при неконтролируемой затяжке, примем коэффициент запаса тогда

7. Рассчитаем внутренний диаметр болта

Для крепления подшипника следует выбрать болты М27 d₁ = 23,752 мм; d=27 мм, р = 3 мм (см. табл. 3.4).

Пример 2

Рукоятка клеммового рычага крепится к головке с помощью черных болтов (рис. 3.18). Требуется подобрать болты.

Данные для расчета: усилие на конце рукоятки расстояние между болтами расстояние от центра соединения до точки приложения силы материал болтов – Ст 3; коэффициент трения

Рис.3.18.

1. Приводим силы к центру соединения. Прикладываем в центре соединения две равных противоположно направленных силы Q. Тогда на соединение действует сила Q и крутящий момент

2. Определим расчетную нагрузку, приходящуюся на один наиболее нагруженный болт.

На действие силы Q со стороны болтов возникают реактивные силы

Внешний момент уравновешивается моментами со стороны болтов

Наиболее нагруженным оказывается правый болт. Суммарная нагрузка, действующая на этот болт

Болты черные, т.е. поставлены с зазором. Такие болты надо считать на растяжение. Осевая сила в болте

3. Определим допускаемые напряжения для материала болта.

По табл. 3.1 сталь Ст3.

Предположив диаметр болтов в диапазоне М16…М30 при неконтролируемой затяжке примем

Тогда

4. Рассчитаем внутренний диаметр болта

Для крепления рукоятки следует выбрать болты М22