Розрахунок на міцність стержня болта (гвинта) для різних випадків навантаження з'єднання.

З’єднання незатягнутим болтом, що навантажений зовнішньою осьовою силою, наведено на рис. 5.1, де зображено гак для підвішування вантажу із хвостовиком у вигляді болта. Особливістю з’єднання болта є те, що болт не має попередньої затяжки (між деталями з’єднання є осьовий зазор). При навантаженні гака осьовою силою F в стержні болта виникає деформація і напруга розтягу.

Небезпечним перерізом стержня болта (хвостовика) є переріз різьбової ділянки болта по внутрішньому діаметру різьби d₁ (по найменшому діаметру).

Умова міцності болта з’єднання за деформацією розтягу при статичному навантаженні:

,

- допустима напруга розтягу в стержні болта (в хвостовику) гака.

Розрахунковий внутрішній діаметр d₁ різьби: .

Одержане значення внутрішнього діаметра d₁ округлюють до стандартного значення, за яким установлюють номінальний діаметр різьби d.

Допустима напруга матеріалу стержня болта (σ _т - границя текучості матеріалу болта; s - коефіцієнт запасу міцності; s = 2...3).

Болт затягнутий, зовнішнє навантаження відсутнє. Прикладом може бути закріплення ненавантажених герметичних кришок і люків корпусів редукторів, машин тощо (рис. 5.2). В цьому випадку стержень болта розтягується осьовою силою F_зт, яка виникає від затягування болта, і закручується моментом сил у різьбі Т_р.

Міцність болта можна оцінити за еквівалентною напругою

де τ - дотична напруга в стержні болта, яка створюється моментом Т_р.

Для стандартних метричних різьб σ _ек ≈ 1, 3 σ _р. Це дозволяє розрахувати міцність болтів за спрощеною формулою за деформацією розтягу:

.

Таким чином, діаметри затягнутих болтів при відсутності зовнішнього навантаження можна розрахувати за еквівалентною напругою розтягу, збільшеною в 1, 3 рази.

Болтове з’єднання деталей, навантажене силами зсуву, використовується в металоконструкціях, резервуарах без тиску і т.п. Умовою надійності з’єднання є відсутність зсуву деталей у стику. Зустрічається два варіанти з’єднання деталей.

1-й варіант. Болт встановлено в отвори деталей із зазором (рис. 5.25). При цьому зовнішнє навантаження F повинно бути зрівноважене силами тертя на поверхні стику деталей F_т, які утворюються від затяжки болтів. Умова відсутності зсуву деталей з’єднання:

де i - кількість площин стиків деталей (на рис. 5.25 i = 2); f - коефіцієнт тертя в стиках; для сталі, чавуна f = 0, 15...0, 20.

Необхідна сила затяжки F_зт:

,

де К - коефіцієнт запасу; при статичному навантаженні К = 1, 3...1, 5; при динамічному навантаженні К = 1, 8...2.

Міцність болта оцінюється за еквівалентною напругою - формула (5.13).

2-й варіант. Болт встановлено в отвори деталей без зазору - під розверку (рис. 5.26). Зовнішня сила F передається безпосередньо на болт, сила тертя не враховується, затяжка болта не обов’язкова. Умова міцності за напругою зрізу:

де d - діаметр болта; [ τ ] – допустима напруга зрізу стержня болта.

Розрахунок за напругою зминання виконують за умовною напругою:

для середньої деталі ;

для крайніх деталей ;

де δ ₂, δ ₁ - товщини середньої і крайніх деталей.

Формули справедливі як для болта, так і для деталей з’єднання.

Встановлення болта з зазором за першим варіантом є дешевшим, ніж другий варіант (без зазору), так як не потребує забезпечення точних розмірів болта й отвору; однак другий варіант забезпечує кращі умови навантаження і центрування деталей.