Напряженное резьбовое соединение

(расчет винта на совместное действие растяжения и кручения).

Рис. 11.3. Винтовая стяжка.

В результате предварительной затяжки, еще до приложения нагрузки в соединении возникают напряжения и деформации.

Примером таких соединений может служить винтовая стяжка или затянутый болт без внешней нагрузки.

Эквивалентное напряжение в винте (болте) определяется по 4-й теории прочности:

,

где или - напряжение растяжения;

- напряжение от скручивания стержня винта (болта) при затяжке.

Здесь – момент сил трения в резьбе под действием осевого усилия или, который вызывает в витках напряжение кручения, влияние которого учитывается коэффициентом 1, 3.

Для стандартных резьб при коэффициенте трения:

,

где 1, 3 – коэффициент, учитывающий влияние моментов трения на витках резьбы.

.

Болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали в стыке.

Рис. 11.4.

Условием надежности соединения является отсутствие сдвига деталей в стыке. Конструкция может быть выполнена в двух вариантах.

Болт поставлен с зазором (рис. 11.4.). При этом внешнюю нагрузку F уравновешивают силами трения в стыке, которое образуется от затяжки болта. Без затяжки болтов детали могут сдвигаться в пределах зазора, что недопустимо.

или,

где i – число плоскостей стыка деталей, f =0, 15-0, 2– коэффициент трения в стыке,

K – коэффициент запаса (K=1, 3-1, 5 при статической нагрузке, K=1, 8-2 при переменной нагрузке).

Прочность болта оценивают по эквивалентному напряжению:

.

В соединении с зазором внешняя нагрузка не передается на болт, поэтому болт рассчитывают только на статическую прочность по силе затяжки даже при переменной внешней нагрузке. Влияние переменной нагрузки учитывают путем увеличения коэффициента запаса.

Болт поставлен без зазора.

Рис. 11.5.

Такая установка болта в отверстие соединяемых деталей обеспечивает восприятие внешней нагрузки стержнем болта (рис. 11.5.). Стержень болта рассчитывают по напряжениям среза и смятия.

Условие прочности по напряжениям среза:

,

где d – номинальный диаметр.

Закон распределения напряжений смятия по цилиндрической поверхности контакта болта и детали трудно установить точно. В значительной степени зависит от точности размеров и формы деталей соединения.

,

.

Из двух величин напряжений в этих формулах расчет прочности выполняют по наибольшей, а допускаемое напряжение определяют по более слабому материалу болта и детали.

Вариант установки болтов с зазором дешевле, чем без зазора, т.к. не требует точных размеров болта и отверстия, однако, условия работы болта, поставленного с зазором, хуже, чем без зазора.