Расчет болтов при нагрузке поперечной сдвигающей силой

Рис. 18

В этом случае возможны следующие варианты расчета:

Вариант А - стандартные болты с зазором (а).

Расчет производится на затяжку соединения осевой силой Р_зат так, чтобы возникающая в стыке сила трения – F противостояла и была равна действию поперечной нагрузки - Р.

F = P = P_зат f

s = = £ [s]

где f - коэффициент трения в стыке; можно принимать f = 0,2;

Z - число болтов;

1,3 - коэффициент, учитывающий влияние касательных напряжений кручения, возникающих при затяжке в стержне болта.

Вариант Б - призонные (плотные) болты или штифты, втулки, шпонки (б), (в)

В этом случае все крепежные отверстия должны быть обработаны (развернуты) в сборе, а болты в отверстиях установлены по плотной посадке. Только при этом обеспечивается восприятие поперечной нагрузки всеми болтами.

Касательное напряжение среза:

t= £ [t]

Можно принимать [t] = 0,7[s]

Достоинства варианта А в том, что применяемые при нем болты - стандартные и обеспечивается взаимозаменяемость соединения; недостаток - потребность в большом количестве болтов, которые не всегда можно разместить.

Достоинство варианта Б в малом количестве необходимых для передачи нагрузки болтов; недостаток - потеря взаимозаме­няемости при замене одной из соединяемых деталей (например, вследствие износа). Для восстановления соединения необходимо совместно обработать отверстия на больший размер под болты большего диаметра.

Риc. 19

Если соединение нагружено крутящим моментом в плоскости стыка (рис.19), то сначала определяется касательное усилие P = , которое и является поперечной силой, а затем поступают так, как указано выше по варианту А или Б.

4. Резьбовые соединения, нагруженные центральной отрывающей силой, когда требуется гарантированная плотность стыка

При действии отрывающей силы Р необходима начальная затяжка, обеспечивающая плотность и жесткость стыка. Часть нагрузки cР дополнительно нагружает винты, остальная часть Р - cР идет на разгрузку стыка. Задача распределения нагрузки между винтом и стыком - статически неопределимая и решается из условий совместной их деформации.

Совместная деформация

d = cPl_b = (1-c)Pl_c

l_b и l_c - податливость винта и стыка при действии единичной силы.

Отсюда:

c =

Податливость винта по закону Гука

l_c =

Рис. 20

Податливость стыка определяется на основания так называемых конусов давленая (рис.20) опытным путем, например, по опытной формуле:

l_c =

Из условия сохранения плотности (нераскрытия стыка) определяется усилие затяжки:

KP = P_зат + KcP; P_зат = KP(1 - c).

где К - коэффициент затяжки. Для статической нагрузки К = 1,3+1,5, для динамической - К= 1,5+l,4.

Расчетная нагрузка:

P_p = 1,3P_зат+cP

4а. Расчет болтов крепления крышек резервуаров с внутренним давлением

Рис. 21

В этом случае (рис.21) болты должны быть затянуты так, чтобы не только преодолеть нагрузку от сил внутреннего давления, но также дополнительно сжать прокладку для обеспечения герметичности стыка. Усилие затяжки:

P_зат = Р + Р_пр

P_зат =

Здесь: r - внутреннее давление в резервуаре;

К - коэффициент, учитывающий сжатие прокладки;

К = 2 - 3,5.

Число болтов Z необходимо проверить по условию их размещения на среднем диаметре стыка D_с. Шаг размещения болтов

t =

должен быть таким, чтобы между болтами оставалось достаточно Места для ключа, завертывающего гайку или болт.

4б. Расчет болтовых соединений при действии отрывающего момента в плоскости перпендикулярной стыку

Нагрузка Р разлагается по осям и дает следующие составляющие:

1) нормальная сила

N = P sina

2) касательная сила

Q = P cos a

3) отрывающий момент

M = Qh = Ph cosa

Из условия плотности (нераскрытия) стыка:

s_N = - нормальные растягивающие напряжения в стыке;

s_U = - изгибающие напряжения в стыке;

s_зат = - напряжения затяжки в стыке, которые должны перекрыть действие s_N и s_U.

s_min = s_зат - s_u + s_N ³ [s]₀

s_max = s_зат - s_u + s_N £ [s]_cм

[s]₀ - наименьшее допускаемое давление смятия в стыке (по таблицам);

[s]_cм - наибольшее допускаемое давление смятия в стыке.

Определяем напряжение затяжки и усилие затяжки болтов Р_зат:

s_зат = [s]₀ + s_u + s_N = [s]₀ +

Р_зат = s_затАВ

Полагая, для упрощения расчетов, фланцы достаточно жесткими, а болты - податливыми, определяем напряжения в болтах по усилию их затяжки:

s_d = £[s]_d

Рис. 22

Проверяем стык на сдвиг касательной силой

Q < F = P_зат f

где F- сила трения в стыке; f - коэффициент трения в стыке.