Нагруженных внешней осевой силой.

Примером данного типа соединений служит крепление крышки резервуара, находящегося под давлением жидкости или газа (рисунок 1.3). Полная сила , Н, растягивающая болты (винты) при действии расчетного давления , Н/мм², складывается из силы давления среды на крышку и остаточной силы, потребной для сжатия прокладки:

,

, (1.9)

где – коэффициент, учитывающий возможное повышение давления (обычно ); – давление на прокладке, Н/мм², принимаемое для мягких прокладок равным , а для металлических прокладок – ; и – соответственно наружный и внутренний (в данном случае равен внутреннему диаметру резервуара) диаметры прокладки, мм; – внешняя осевая сила, приходящейся на один болт, Н; – число болтов.

Затяжка болтов должна обеспечить герметичность соединения или нераскрытие стыка под нагрузкой.

После приложения внешней нагрузки , приходящейся на один болт, к затянутому соединению болт дополнительно растянется на некоторую величину , а деформация сжатия деталей уменьшится на ту же величину. Для простоты можно считать, что часть внешней нагрузки дополнительно нагружает болт, а другая часть идет на разгрузку (раскрытие) стыка. Тогда дополнительная нагрузка болта равна ( – коэффициент внешней нагрузки, учитывающий приращение нагрузки болта), а уменьшение затяжки стыка – .

Значение коэффициента определяют из условия совместности деформаций (т.е. по условию равенства дополнительных деформаций болта и деталей):

, (1.10)

где – коэффициент податливости болта, мм/Н; – суммарный коэффициент податливости соединяемых деталей, мм/Н.

Из равенства (1.10) имеем

.

Для болтов постоянного сечения

,

где – длина болта, мм; – модуль продольной упругости материала болта, Н/мм²; – площадь поперечного сечения болта, мм².

Для болтов переменного сечения

,

где – длина -го участка болта, мм; – площадь поперечного сечения -го участка болта, мм².

Суммарный коэффициент податливости деталей

, , (1.11)

где – коэффициент податливости -ой детали, мм/Н; – толщина -ой детали, мм; – модуль продольной упругости материала -ой детали, Н/мм²; – расчетная площадь поперечного сечения -ой детали, мм².

В формуле (1.11) под расчетной площадью понимают площадь только той части детали, которая участвует в деформации от затяжки болта. Полагают, что деформации от гайки и головки болта распространяются в глубь деталей по конусам (рисунок 1.4) с углом (). Объемы этих конусов приравнивают к объему цилиндра с диаметром

.

Тогда расчетная площадь будет определяться по формуле

.

Из условия сохранения плотности стыка сила предварительной затяжки

,

где – коэффициент затяжки.

По условию нераскрытия стыка коэффициент затяжки принимается равным следующим значениям:

· при постоянной нагрузке ;

· при переменной нагрузке .

По условию герметичности соединения:

· при мягкой прокладке ;

· при металлической фасонной прокладке ;

· при металлической плоской прокладке .

Расчетная осевая сила , Н, действующая на затянутый болт, после приложения внешней нагрузки (см. формулу 1.9) будет определяться по формуле

. (1.12)

При приближенных расчетах для соединений из стальных деталей без мягкой прокладки .

Предварительно определив значение расчетной осевой силы по формуле (1.12), затем при статической нагрузке определяют внутренний диаметр резьбы по формуле (1.3). По найденному значению подбирают стандартный болт (винт) по таблице (1.1).

Примечание – Правильнее крутящий момент затяжки учитывать при определении расчетной осевой силы (поскольку внешняя осевая сила не создает момента затяжки):

,

далее определяют внутренний диаметр резьбы не по формуле (1.3), а по формуле (1.2), при этом в данную формулу вместо осевой силы F необходимо подставить найденное значение расчетной осевой силы .

При переменной нагрузке определяется коэффициент запаса прочности

, (1.13)

где – предел выносливости материала болта при симметричном цикле изменения напряжений (таблица 1.1), МПа; – амплитуда цикла напряжений, МПа; – постоянная составляющая цикла напряжений, МПа; – эффективный коэффициент концентрации напряжений; для углеродистых сталей , для легированных сталей (большие значения при диаметре болта мм); – коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений.