Условие прочности болтового соединения

Во фрикционном соединении болт, устанавливаемый в отверстие с зазором (рис. 15.14, а), передает нагрузку с помощью сил трения. При монтаже болт затягивают до усилия , которое задается как или . Это обеспечивает силу трения меж­ду соединяемыми деталями

(15.24)

Здесь — количество поверхностей трения; — пло­щадь сечения болта по минимальному диаметру резьбы; — коэффициент трения, который зависит от способа очи­стки поверхностей: при дробеструйной обработке = 0,58, при газопламенной обработке = 0,42, при обработке сталь­ными щетками = 0,35, без обработки = 0,25 [6, 7].

Прочность фрикционного соединения будет обеспечена, если наибольшее усилие, приходящееся на самый нагру­женный болт ( или ), будет удовлетворять условию:

(15.25)

Здесь [ ] = — допускаемое напряжение; — вре­менное сопротивление болта разрыву.

При специальной очистке и консервации стягиваемых поверхностей принимается n = 1,2 и , безобработки поверхностей — и (меньшие значения для соединений с количеством болтов менее10); =0,95.

Болты, устанавливаемые в отверстие без зазора, переда­ют усилия за счет контакта с соединяемыми элементами по цилиндрическим поверхностям в отверстии (рис. 15.14, б). Сдвигающее усилие, которое способен передать один та­кой болт, ограничено условиями среза болта и смятия бо­ковых контактных поверхностей. По условию среза воз­можна передача усилия

(15.26)

По условию смятия, как правило, более слабым оказы­вается металл соединяемых листов, поэтому предельное усилие вычисляется как

 

(15.27)

Здесь - диаметр болта по посадке; t_∑ —меньшая суммарная толщина листов, сминаемых в одном направлении; — предел текучести металла соединяемых деталей при смятии, = крат; для соединения с од­ной поверхностью среза , при нескольких поверх­ностях —- .

При этом условия прочности соединения на срез и смя­тие имеют вид:

В СРДН

(15.28)

В СРПС

 

Здесь =0,85, значения остальных коэффициентов даны выше.

В условия (15.25) и (15.28) для расчета болтов на поясе подставляется (15.22), а на стенке —

(15.23), вычисленные по правилам, установленным в СРДН или СРПС для расчетов на прочность.

Расчет на прочность балки в зоне размещения болтово­го соединения производится по условиям (7.1) и (7.3). Расчетные номинальные напряжения [ , (7.6)] для фрикци­онных соединений на высокопрочных болтах вычисляют­ся по сечению брутто (без учета отверстий), а для соедине­ний на болтах, установленных без зазора, — по сечению нетто. При равномерном распределении болтов по сече­нию элемента балки (пояса или стенки) с шагом пло­щадь и момент инерции сечения нетто можно вычислять по известным формулам (13.5), (13.6), но с использовани­ем эквивалентной толщины листов , (здесь d — диаметр отверстий; t — толщина листа). Расчет на сопро­тивление усталости болтового соединения производится по методике, изложенной в п. 10.3.

Шарнирные соединения

Шарнирные соединения разделим на два класса: подвижные, в которых соединяемые детали в процессе работы совершают значительные угловые перемещения (стреловые шарниры), и условно неподвижные, которые совер­шают весьма малые относительные перемещения (крепле­ния оттяжек, балансиров и пр.).

Подвижные соединения выполняются на подшипниках качения или скольжения. Для компенсации упругих де­формаций конструкции обычно используются сферические подшипники качения шариковые или роликовые либо шар­нирные подшипники скольжения. Для шарниров, в кото­рых относительное перемещение соединяемых элементов происходит с небольшими скоростями, целесообразно ис­пользовать сферические или цилиндрические подшипники скольжения. Они имеют существенно меньшие габаритные размеры и достаточно большую грузоподъемность и дол­говечность. Есть подшипники с контактом типа сталь— сталь, требующие подвода смазки, и самосмазывающиеся подшипники, в которых контактирует сталь с композит­ным (металлофторопластик, тефлон и пр.) или порошко­вым (например, из пористого стале-медного сплава) вкла­дышем. При небольших нагрузках применяют вкладыши из бронзовой ленты с перфорацией для смазки, полимерное напыление и др. До­пустимое удельное давле­ние в таких подшипниках зависит от используемых материалов.

Условно неподвижные соединения выполняют с помощью осей без под­шипников. Их применя­ют для соединения конст­рукции с балансирными тележками, шарнирной связи элементов конструкций, креп­ления стационарных оттяжек и пр. Такие шарниры не пред­назначены для восприятия знакопеременных нагрузок.

Опорные условно неподвижные шарниры выполняют с помощью опорных валиков, которые размещают между верхним и нижним корпусами (рис. 15.15, а). Валик под­вергают термической обработке и шлифуют. Для страхов­ки шарнира от разъединения ставят торцевые крышки. Смазку производят через канал по оси валика. Эти соеди­нения рассчитывают только по контактным напряжени­ям. Условие работоспособности шарнира, загруженного центральной силой S и моментом М, записывают в форме ограничения максимальных контактных напряжений меж­ду осью и корпусами (рис. 15.15, б):

(15.29)

Кроме этого, должно выполняться условие нераскрытаяшарнира

(15.30)

Допускаемое напряжение целесообразно назна­чать из условия невыдавливания смазки. Для контакта стали со сталью МПа, при использовании

бронзовых или латунных втулок МПа, вкладыши из полимерных или композитных материалов допускают МПа и более в зависимости от свойств материала.

Другой вид шарнирного условно неподвижного соедине­ния применяют для передачи растягивающих или сжима­ющих усилий. Эти шарниры состоят из подвижных и не­подвижных проушин и оси, которая их соединяет (рис. 15.16, а, в, г). Зазоры между проушинами е должны быть мини­мальными для того, чтобы уменьшить изгибающий мо­мент в оси. В этих зазорах размещаются шайбы 3 для центрирования внутренней проушины. Оседержатель 1 ста­вится вдоль направления усилия для того, чтобы на него не передавалась нагрузка от оси. При компоновке такого шарнира следует обеспечить прочность не только сварных швов 2, но и элементов, на которые передается усилие на конструкцию. Конфигурация стационарной проушины дол­жна быть такой, чтобы сварной шов 2загружался по воз­можности равномерно и ось действия усилия Sпроходила через его центр.

Наибольшие напряжения в растянутой проушине возни­кают в поперечном сечении, в точке А, и в продольном, в точке С (рис. 15.16, б). Для обеспечения прочности продоль­ного сечения обычно принимается . Расчет на прочность проушины в поперечном сечении производят по условиям (7.1) или (7.3), которые в данном слу­чае принимают вид:

(15.31)

Где — толщина проушины; остальные обозначения даны на рис. 15.16. При коэффициент . При плотной посадке оси в отверстие про­ушины коэффициент можно снизить на 5-10 %.

Расчет контакта между осью и проушинами при цент­ральном нагружении выполняют по условию

(15.32)

где b — меньшая суммарная толщина проушин, сдвигае­мых в одном направлении, (рис. 15.16, в) или (рис. 15.16, г); [ ] — допускае­мое напряжение при расчете на контактную прочность.

Если перемещения в шарнире пренебрежимо малы, не приводят к износу и не влияют на работоспособность кон­струкции, то условие (15.32) является расчетом на смя­тие. При этом — допускаемое напря­жение при расчете на прочность для менее прочного из ма­териалов оси и проушины. Если же перемещения не вели­ки, но регулярны, могут вызвать износ, а заедание может привести к нарушению работы конструкции, то узел дол­жен быть обеспечен смазкой. В этом случае расчет (15.32) проводится по условию невыдавливания смазки (см. выше).

Ось рассчитывается на прочность как изгибаемая бал­ка по условию (7.1), для которого действующие напряже­ния вычисляются по выражению

где — момент сопротивления сечения оси; и не более 0,2d. Остальные обозначения показаны на рис. 15.16, в, г.