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

Марка стали	Предел прочн. sв , МПа	Предел текуч. sТ, МПа	Предел выносл. s-1, МПа	Марка стали	Предел прочн. sв, МПа	Предел текуч. sТ, МПа	Предел выносл. s1, МПа
ст 3 и 10				35Х
				30ХГСА
				ВТ16		-

Таблица 3.2   Значения запасов прочности при различных видах нагружения
Вид нагрузки	Рекомендуемые значения запасов прочности
Растягивающая внешняя нагрузка
без затяжки болтов:	[s]р= 0,6sТ
с затяжкой болтов:	Статическая нагрузка:
[S] по табл. 3.3	неконтролируемая затяжка
[S] = 1,5...2,5	контролируемая затяжка
Переменная нагрузка:
[S] > 2,5...4	неконтролируемая затяжка
[S] Т по табл. 3.3
[S] = 1,5...2,5	контролируемая затяжка
[S] Т = 1,5...2,5
Поперечная внешняя нагрузка
болты поставлены с зазором	Нагрузка статическая или переменная:
[S] по табл. 3.3. - неконтролируемая затяжка [S] = 1,5...2,5 - контролируемая затяжка
болты поставлены без зазора	[t]ср = 0,4 sТ (статическая); [t]ср = (0,2...0,3) sТ (переменная) [s]см = 0,8 sТ - сталь; [s]см = (0,4...0,5) sв - чугун
Прочность деталей в стыке	[s]см = 0,8sТ - сталь; [s]см = 0,4sв - чугун; [s]см = 1...2 МПа - бетон; [s]см = 2...4 МПа - дерево

Таблица 3.3

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

Материал болта	Значения [S] при постоянной нагрузке для резьбы	Значения [S]при переменной нагрузке для резьбы
М6 М16	М16 М30	М6 М16	М16 М30
Углеродистая сталь	5…4	4…2,5	12…8,5	8,5
Легированная сталь	6,5…5	5…3,3	10…6,5	6,5

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

Номинальный диаметр резьбы, d	Резьба с крупным шагом	Резьба с мелким шагом
P	d1	d2	F, мм2	P	d1	d2
	1,0	4,918	5,350	17,5	0,75	5,188	5,513
	1,25	6,647	7,188	32,9	1,0	6,918	7,350
	1,5	8,376	9,026	52,3	1,25	8,647	9,188
	1,75	10,106	10,863	76,3	1,25	10,647	11,188
	2,0	11,835	12,701	104,5	1,5	12,376	13,026
	2,0	13,835	14,701	144,0	1,5	14,376	15,026
	2,5	15,294	16,376	175,0	1,5	16,376	17,026
	2,5	17,294	18,376	226,0	1,5	18,376	19,026
	2,5	19,294	20,376	282,0	1,5	20,376	21,026
	3,0	20,752	22,051	324,0	2,0	21,835	22,701
	3,0	23,752	25,051	427,0	2,0	24,835	25,701
	3,5	26,212	27,727	518,0	2,0	27,835	28,701
	3,5	29,212	30,727	647,0	2,0	30,835	31,701
	4,0	31,670	33,408	760,0	3,0	32,752	34,051
	4,0	34,670	36,402	861,0	3,0	35,752	37,051
	4,5	37,129	39,077	1045,0	3,0	38,752	40,051
	4,5	40,129	42,077	1226,0	3,0	41,752	43,051
	5,0	42,587	44,077	1375,0	3,0	44,752	46,051

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