Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Розрахунок витків різьби на міцністьСодержание книги
Поиск на нашем сайте
Нерівномірний розподіл навантаження на витки різьби гайки затрудняє їх розрахунок на міцність. Тому на практиці застосовують умовні розрахунки. Умовність розрахунків компенсується порівнянням розрахункових напружень, добутих за умови рівномірного розподілу навантаження на витках, із допустимими напруженнями, що встановлені дослідним шляхом. Витки різьби розраховують за умовами обмеження напружень зминання на поверхнях їхнього контакту та напружень зрізу витків на гвинті або на гайці (р 11.9). Умова міцності витків різьби за напруженнями зминання σ3M = F/A = F/πd2H1z ≤ [σ]3M' (11) де AЗМ = πd2H1z– умовна площа зминання витків; Н1– робоча висота витків; z – кількість витків у гайці висотою h. Умова міцності витків за напруженнями зрізу: для гвинта τЗР = F/AЗР = F/πd1аz ≤ [τ]3Р (І2) для гайки τзр2 = F/πdbz ≤ [τ]зр· (13) Оскільки а = Ь ≈ 0,8Р(для трикутної різьби), Pz = h, умови (12) і (13) запишемо в такому вигляді: для гвинта τЗР1 = F/0,8πd1h ≤ [τ]ЗР (14) для гайки τЗР2 = F/0,8πdh ≤ [τ]ЗР (15) Якщо матеріал гвинта та гайки однаковий, то за напруженнями зрізу розраховують тільки витки гвинта, бо d > d1. Допустимі напруження зрізу можна брати [τ]3ρ = (0,2...0,3)σТ. Умови міцності витків різьби дозволяють визначити потрібну висоту гайки h. При однакових матеріалах гвинта та гайки h треба вибирати також за умовою рівноміцності витків різьби та стержня гвинта. Так, якщо взяти за граничні напруження границі текучості σT при розтягу і τT при зрізі, а також врахувати, що τT ≈ 0,6σT, то умова рівноміцності різьби на зріз і стержня гвинта на розтяг матиме вигляд: τЗР = F/0,8πd1h = τT = 0,6σT = 0,6(4F/πd12) (16) Із записаної рівності дістаємо h ≈ 0,52d1. Висоту стандартних гайок, що працюють у парі з гвинтами із одного і того ж матеріалу, беруть h = 0,8d. За аналогічними міркуваннями встановлюють також норми на глибину загвинчування гвинтів та шпильок у деталі з'єднання. Так, глибину загвинчування сталевих гвинтів у сталеві деталі вибирають h1 = d,а в чавунні та силумінові деталі – h1 = l,5d.Для вказаних значень глибини загвинчування гвинтів міцність різьби переважає міцність стержня гвинта, що запобігає руйнуванню різьби в деталях з'єднання. Розглянуті вище особливості та співвідношення розмірів дають змогу зняти потребу в розрахунку на міцність різьби в стандартних кріпильних деталях. 7. Розрахунок на міцність стержня болта (гвинта) для різних випадків навантаження з'єднання З'єднання незатягнутим болтом, що навантажене зовнішньою осьовою силою. Прикладом такого з'єднання може бути кріплення вантажної петлі (рис. 11.10). Особливістю цього з'єднання є те, що болт не має попередньої затяжки (між деталями з'єднання є зазор). При навантаженні петлі силою F в стержні болта виникає деформація розтягу. Небезпечним перерізом стержня буде переріз на різьбовій ділянці, площа якого А = πd12/4. Відповідно умова міцності стержня болта на розтяг σp = 4F/(πd12) ≤ [σ]p. Із записаної умови маємо потрібний внутрішній діаметр різьби d1 ≥ √4F/(π[σ]p). (18) Значення d1 округляють до стандартного, за яким встановлюють номінальний діаметр d різьби болта (див. табл. 11.1). Допустиме напруження [σ]ρ = σ T/ s, де коефіцієнт запасу міцності болта беруть s = 2...3.
З'єднання затягнутим болтом без зовнішнього навантаження. Такі з'єднання зустрічаються в тих випадках, коли треба закріпити деталі, на які не діють зовнішні сили, а з'єднання повинно бути герметичним (наприклад, кріплення різних кришок, люків та ін.). Потрібну силу затяжки болта F0(рис. 11.11) вибирають із умови забезпечення герметичності стику деталей (між деталями знаходиться пружна прокладка). При затяжці з'єднання стержень болта розтягується осьовою силою F0 і одночасно скручується моментом сил тертя в різьбі Tsp. Небезпечним перерізом для болта є переріз діаметром d1на різьбовій ділянці (переріз із найменшим діаметром). Від дії сили F0 напруження розтягу σρ = 4F0/(πd12). (19) При скручуванні стержня болта моментом Tsp[див. формулу (3)] напруження τ = TЗР/WP = (20) Міцність болта оцінюється за еквівалентним напруженням . (21) Після підстановки σρ та τ в умову (21) дістанемо (22) Тут β – коефіцієнт, що враховує скручування болта при затяжці: (23) Розрахунки показують, що для стандартних метричних різьб β ≈ 1,3. Тому болт, затягнутий в такому з'єднанні, можна розраховувати тільки на розтяг, але не за дійсною, а за збільшеною на З0% силою затяжки F0. Згідно з умовою (22) потрібний внутрішній діаметр різьби болта . (24) Значення d1 узгоджують із стандартним і вибирають номінальний діаметр dрізьби болта (див. табл. 11.1). Болтове з'єднання деталей, що навантажені силами зсуву. В такому з'єднанні основною умовою надійності є відсутність відносного зсуву деталей. Розглянемо два варіанти виконання з'єднання. 1. Болт встановлено у отвори деталей із зазором (рис. 11.12, а). Умова відсутності зсуву деталей з'єднання має вигляд F ≤ i∙Fs = i∙f∙F0,(25) де F– зовнішня сила, що діє на деталі з'єднання; Fs – сила тертя в одній парі площин стикання деталей; і– число пар площин стику; F0 – сила затяжки болта; f – коефіцієнт тертя ковзання в стиках деталей. Якщо ввести коефіцієнт надійності з'єднання k,то із умови (25) можна визначити потрібну силу затяжки болта: F0 = kF/(if).(26) Значення kвибирають: при статичному навантаженні з'єднання k =1,3... 1,5; при дії змінного навантаження k = 1,8...2,0. Сила F0 дає змогу визначити потрібний внутрішній діаметр різьби d1 із умови міцності болта на розтяг. Після підстановки (26) в (24) дістанемо . (27) У розглянутому з'єднанні зовнішня сила Fбезпосередньо на болт не передається. Тому болт розраховують тільки на статичну міцність за потрібною силою затяжки навіть при дії змінної в часі зовнішньої сили. 2. Болт встановлено у отвори деталей без зазоρа (рис. 11.12, б). Зовнішня сила Fбезпосередньо передається на болт, тому сили тертя між деталями не враховуються, а затяжка болта не обов'язкова. Болт у цьому з'єднанні розраховують за умовою міцності на зріз τзр = F/Aзр = 2F/(πd2) ≤ [τ]зр. (28) Тут зріз болта відбувається у двох площинах, тому Азр = 2πd2/4. Потрібний діаметр стержня болта може бути визначений за виразом . (29) Порівнюючи два варіанти постановки болта (із зазором та без зазора), слід зазначити, що перший варіант дешевший другого, оскільки він не вимагає точних розмірів болта і отвору. Однак при тій самій зовнішній силі Fна з'єднання потрібний діаметр болта, встановленого із зазором, суттєво більший (за умовою міцності), ніж діаметр болта, встановленого без зазора. З'єднання затягнутим болтом, що навантажене постійною зовнішньою осьовою силою. Приклади осьового навантаження з'єднань із попередньо затягнутими болтами (напрям дії зовнішньої сили паралельний осі болта) є найпоширенішими у практиці. Для більшості таких з'єднань треба зберегти певні умови в площині стику (герметичність, нерозкриття стику та ін.) при дії зовнішнього навантаження. Прикладами з'єднань, що навантажені зовнішніми осьовими силами, можуть бути болтові з'єднання фланців трубопроводів, кришок резервуарів підвищеного тиску, різних кронштейнів та інших деталей. Діаграма сумісних деформацій болта та деталей з'єднання. Розглянемо послідовність навантаження та деформації деталей болтового з'єднання при затяжці болта і зовнішньому осьовому навантаженні. На (рис.11.13,а)показано болтове з'єднання деталей, коли болт не має затяжки, а зовнішня сила відсутня, тобто болт і деталі з'єднання не навантажені. Після затяжки (зовнішня сила на деталі з'єднання не діє) болт навантажується силою затяжки F0, а стик деталей навантажується такою самою силою F0 (Рис· 11–13,б).При цьому під дією сили F0 болт деформується (розтягується) на λб, а деталі з'єднання деформуються (стискаються) на λД. Після прикладення до деталей з'єднання зовнішньої осьової сили F(рис. 11.13, в) сила, що навантажує болт, збільшиться і буде мати Fб,а сила в стику деталей з'єднання зменшиться до FД.Тоді ж болт додатково здеформується на Δλб, а деформація деталей з'єднання зменшиться на ΔλД. Зв'язок між силами та деформаціями деталей даного з'єднання показаний графічно у вигляді діаграми на рис.11.14. У межах пружних деформацій маємо лінійну залежність між деформаціями і навантаженням деталей з'єднання. Пряма 1 зображає залежність деформації болта від його навантаження, а пряма 2 – те саме для деталей з'єднання. Кути α і β нахилу графіків до осі абсцис характеризують відповідно поздовжню жорсткість болта сб і деталей з'єднання сд (tg α = сб, а tg β = сд). На рис. 11.14 показано, що після навантаження болта силою F0 його деформація буде λб, а деталей з'єднання – λД. Перенесемо графік деформації деталей із положення 2 в положення 2'. При цьому ордината точки перетину графіків 1 і 2'буде визначати силу попередньої затяжки болта F0. Після прикладання до з'єднання зовнішньої осьової сили Fболт додатково збільшить свою довжину на Δλб (рис. 11.14), внаслідок чого деформація стику деталей зменшиться на таке саме значення ΔλД = Δλб, а сила стиску деталей впаде до значення FД.Повне осьове навантаження болта буде дорівнювати сумі F і FД. При певній силі попередньої затяжки болта F0 із збільшенням зовнішньої сили Fзменшується FДу стику деталей. Якщо FД =0, то порушується нормальна робота з'єднання, наприклад втрачається герметичність, відбувається розкриття стику деталей або зсув деталей при наявності відповідних бокових сил. Згідно з рис. 11.14 повне осьове навантаження болта, яке виражено через силу його попередньої затяжки F0, може бути записане у вигляді Fб = F0 + ΔF, (30) де ΔF – частина зовнішньої сили F,що додатково навантажує болт. Значення ΔF визначимо із умови Δλб = ΔλД: ΔλД = ΔF/cб; ΔλД = (F – ΔF)/cД; ΔF/cб = (F – ΔF)/cД. На основі записаних співвідношень маємо ΔF = ΔFcб /(сб + сД) = χF. (31) Тут χ – коефіцієнт зовнішнього навантаження, що залежить від жорсткостей болта та деталей з'єднання, χ = сб/(сб + сД). (32) Із виразу (31) видно, що в з'єднанні з попередньо затягнутим болтом зовнішня сила F не повністю передається на болт, оскільки χ < 1. Згідно із співвідношеннями (30) та (31) маємо Fб = F0 + χF. (33) Силу FДу стику деталей на основі рис. 11.14 можна записати у вигляді FД = F0 – (F – ΔF) = F0 – F(1 – χ). (34) Щоб запобігти розкриттю стику деталей з'єднання, треба забезпечити умову FД > 0, тобто F0 > F (1 – χ). (35) Достатня сила попередньої затяжки болта F0, що забезпечує нерозкриття стику деталей, є необхідною умовою надійності та герметичності з'єднання. Практично нерозкриття стику залежить не тільки від попередньої затяжки болта, а й від збереження цієї сили в експлуатації з'єднання. Останнє визначається такими факторами, як якість обробки поверхонь стику, число поверхонь стику, якість різьби болта і гайки, надійність стопоріння різьби, наявність прокладок (пружних чи жорстких) між деталями з'єднання та ін. Практичний розрахунок з'єднання затягнутим болтом, навантаженого постійною зовнішньою осьовою силою. Розрахункова сила, що діє на болт, визначається із умови нерозкриття стику на основі виразу (33) з урахуванням скручування болта при його затяжці: Fб,p = F0β + χF = (k3β+χ)F. (36) Оскільки потрібна сила попередньої затяжки болта залежить від ряду факторів, що важко піддаються врахуванню та розрахунку (в тому числі і від жорсткостей болта і деталей з'єднання, які входять в коефіцієнт χ, доцільно застосовувати високу попередню затяжку. Це положення повністю підтверджується в умовах експлуатації різьбових з'єднань. На практиці рекомендують брати F0 = k3F,(37) де k3 – коефіцієнт затяжки болта, який при статичному навантаженні з'єднання можна брати: за умови нерозкриття стику деталей з'єднання kЗ = 1,2...2; за умови герметичності з'єднання: k3 = 1,3... 2,5 – при м'яких прокладках між деталями з'єднання; k3 = 2... 3,5 – при металевій фасонній прокладці; kЗ = 3...5 – при металевій плоскій прокладці. Підвищені значення коефіцієнта затяжки болта беруть для випадків з'єднань з некотрольованою затяжкою. У більшості практичних випадків визначення жорсткостей болта сб і деталей сд пов'язане із значними труднощами. Тому коефіцієнт зовнішнього навантаження χ у формулі (36) можна брати χ = 0,2...0,3 для з'єднань без м'яких прокладок між деталями. Це підтверджується відповідними дослідними даними. Розрахункова сила на болт Fб.р, що визначається за формулою (36), дозволяє розрахувати потрібний внутрішній діаметр різьби болта за умовою міцності на розтяг: .(38) Згідно із значенням d1назначають стандартний діаметр різьби болта. З'єднання затягнутим болтом, що навантажене змінною зовнішньою осьовою силою. Вище було показано, що в затягнутому болтовому з'єднанні зовнішня сила передається на болт частково [див. вираз (31)], до того ж із зменшенням жорсткості болта сб і збільшенням жорсткості деталей сД зменшується приріст ΔF зовнішньої сили на болт. Цю обставину використовують на практиці при проектуванні з'єднань, що навантажені змінними силами. На рис.11.15,а,бпоказана зміна ΔF при однакових зовнішній F та повній осьовій силі Fб на болт для випадків більш та менш жорсткого болта (сб1 = tgα1 > сб2 = tgα2). У першому випадку змінна складова ΔF1 повного навантаження Fб болта більша, ніж та сама складова ΔF2у другому випадку. Характер зміни ΔF1 і ΔF2відповідає характеру зміни зовнішньої осьової сили F. Внаслідок того що втомна міцність болтів залежить від змінної складової навантаження, можна дійти висновку, що застосування болтів малої жорсткості при достатньо жорстких деталях з'єднання є одним із способів підвищення витривалості болтового з'єднання. Зменшити жорсткість болтів можна збільшенням їхньої довжини, зменшенням діаметра у гладкій частині стержня, де відсутня концентрація напружень, або висвердлюванням поздовжніх отворів (рис. 11.16) за умови забезпечення однакової статичної міцності болтів у їхніх нарізаній та ненарізаній частинах. У з'єднаннях затягнутим болтом, що навантажені змінною зовнішньою осьовою силою, розрахунок на втому виконують за умови s = σ–1Р/(Κσσа/Κd + ψσσm ≥ smin, (39) де s – розрахунковий коефіцієнт запасу міцності; smin – мінімально допустиме його значення (smin = 3... 4 – при неконтрольованій затяжці болта в з'єднанні, smin = 2,0... 2,5 – при контрольованій затяжці). Амплітуда напруження σa визначається як половина напруження від змінної складової ΔF зовнішньої сили, що довантажує болт (див. рис. 11.15), тобто σа = ΔF/(2Aб) = 2Fχ/(πd12). (40) Середнє напруження σmдорівнює сумі напружень від сили попередньої затяжки F0 та половини ΔFзмінної складової зовнішньої сили: σm = (F0 + 0,5ΔF)/Aб = 4 (kЗF + 0,5χF)/(π d12). (41) Тут беруть коефіцієнт зовнішнього навантаження χ = 0,10... 0,15 для болтів малої жорсткості, а коефіцієнт затяжки kЗ = 3... 4. Границя витривалості матеріалу болтів при розтягу σ–1Р ≈ 0,35σВ коефіцієнти ψσ ≈ 0,1, Кd ≈ 0,90...0,97 при d = (16...32)мм, а Κσ = 4,0...5,5 для болтів із легованих сталей і Kσ = 3,5...4,5 для болтів із вуглецевих сталей. Ексцентричне навантаження болта в з'єднанні. Ексцентричне навантажен–ня болта виникає в разі використання спеціальних болтів із костильною головкою (рис. а) або при перекошених опорних площинах під гайку або головку болта (р. б). У таких випадках, крім напруження розтягу σρ, у стержні болта ще з'являються напруження згину σ: σρ = 4F/(π d12); σ = M/W0 = Fe/(0,1d13). При е = d1 маємо σ/σρ = 7,8, тобто напруження згину значно перевищує напруження розтягу болта. Ексцентричне навантаження болта значно знижує його міцність, тому при конструюванні та виготовленні з'єднання слід запобігти умовам виникнення такого навантаження болта.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-19; просмотров: 496; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.188.68.115 (0.008 с.) |