1. Стержень болта нагружен только внешней растягивающей силой f.

В

Рис.3.7. Ненапряженное

болтовое соединение

F

современном машиностроении широко используются два класса резьбовых соединений – ненапряженные и напряженные. Последние иногда называют также соединениями с предварительной затяжкой. На рис.3.7 показана схема ненапряженного соединения, где болт установлен без затяжки в отверстии с зазором. В этом случае нормальные напряжения в его стержне возникают только при действии внешней растягивающей силы F.

При действии продольной силы F условие прочности на растяжение стержня в сечениях, ослабленных нарезкой, имеет вид

, (3.15)

где А - площадь опасного стержня болта; d - внутренний диаметр резьбы; - допускаемое напряжение для материла болта.

Отсюда находим расчетный диаметр d₁

(3.16)

В соответствии со значением d₁ по стандарту определяется номинальный диаметр резьбы.

2. Болт затянут, внешняя нагрузка отсутствует

Э тот вариант нагружения характерен для крепления крышек корпусов (рис.3.8). Болт затягивается осевой силой F_зат и закручивается моментом сил трения Т_р в резьбе. В стержне болта возникают нормальные напряжения растяжения _р и касательные напряжения кручения _кр .

Рис.3.8. Болтовое крепление крышки корпуса

В этом случае условие прочности по эквивалентному напряжению в соответствии по теории энергии формообразования равно

.

Для болтов с метрической резьбой эквивалентное напряжение найдено

_экв  _р (3.17)

В этом случае расчет болта выполняется на растяжение (с учетом кручения) по расчетной нагрузке F_расч = 1.3F_зат

, (3.18)

Сила затяжки назначается из условия герметизации стыка по требуемой нагрузке в стыке F = А_см, где А - площадь поверхности стыка на один болт, _см, - напряжение смятия в стыке, принятое по условиям герметичности

F_зат = К_зат F, (3.19)

где К_зат > 1,25 - коэффициент затяжки по справочникам в зависимости от конструкции стыка.

3 . Болтовое соединение, нагруженное поперечной силой f

При установке «чистых» болтов, имеющих стержни, выполненные с

высокой точностью, практически отсутствуют зазоры между стержнями

элементов крепежа и соединяемыми деталями (рис. 3.9, а).

Рис.3.9. Болтовое соединение, нагруженное поперечной силой

а - соединение «чистым» болтом;

б - соединение «черным» болтом

Работоспособность подобных соединений нарушается, если происходит

сдвиг соединяемых конструктивных элементов под

действием силы F. Это возможно при разрушении болта по

поперечному сечению, показанному на рисунке. В опасном

сечении в результате приложения силы F возникают напряжения среза.

Условие прочности на срез в общем случае имеет вид

, (3.20)

где i - число поверхностей среза; z - число болтов; []_ср - допускаемое напряжение среза для болта принимается как часть от предела текучести материала болта

Формула проектного расчета в данном случае имеет вид:

(3.21)

Номинальный диаметр d резьбы округляется до ближайшего стандартного.

При установке «черных» болтов между стержнями крепежных элементов и соединяемыми деталями остается зазор (рис. 3.9,б). В этом случае, чтобы предотвратить взаимное смещение деталей, необходимо приложить такое усиление предварительной затяжки, при котором в зоне их контакта возникнут эквивалентные внешней нагрузке F силы трения. F_тр.

Расчет болта ведут по силе затяжки

,

где К = 1,4- 2,0 - коэффициент запаса по сдвигу деталей; i - число стыков ; z - число болтов; f = 0,15-0,2 - коэффициент трения для стальных и чугунных поверхностей.

Расчетный внутренний диаметр резьбы с учетом скручивания стержня болта при затяжке соединения найдется в соответствии с формулой (3.18)

. (3.22)

В соответствии со значением d₁ по стандарту определяется номинальный диаметр резьбы.