4. Розрахунок фундаментних болтів.

Переріз фундаментних болтів розраховують з умов не розкриття стику між фундаментом і основою базової деталі та перевіряють на витривалість ( утомлене руйнування).

Площа перерізу болтів по різьбі розраховується по формулі :

(см²)

де Q_0сум - сумарне зусилля попереднього затягування болтів від впливу вертикального та горизонтального навантаження , Н;

χ – коефіцієнт загального навантаження, який приймається рівним

k =0,5 – 0,6 ;

Р_В- розрахункове вертикальне навантаження, Н;

[σ_Р] – розрахункове допустиме напруження на розтягування металу

Розрахункове вертикальне навантаження :

(Н)

де Р_о – розрахункове відривне навантаження, яке діє від машини на фундамент, Н ;

G – вага машини, Н ;

N – кількість фундаментних болтів ;

М – розрахунковий перекидний момент, Нм ;

Y₁ – відстань від осі повороту машини до найбільш віддаленого болта в розтягнутій зоні стику, м;

Y_і - відстань від осі повороту машини до інших і-тих болтів в тій же зоні стику, м.

Сумарне зусилля попереднього затягування болтів під впливом вертикального і горизонтального навантажень :

Q_о.сум = Q_ОВ + Q_ОГ , (Н)

де Q_ОВ - зусилля попереднього затягування болтів під впливом тільки вертикального навантаження, Н ;

Q_ОГ - зусилля попереднього затягування болтів під впливом тільки горизонтального зсувного навантаження, Н .

Зусилля попереднього затягування болтів під впливом вертикального навантаження :

Q_ОВ = К_ст (1-χ)Р_В, (Н)

де К_ст - коефіцієнт стабільності затягування

Перевіряємо вибраний стандартний фундаментний болт на витривалість за формулою :

,(см²)

де [σ_p]_g - допустиме напруження на розрив під впливом динамічних навантажень.

Приклад:

Визначити діаметр глухих фундаментних болтів, глибину їх закладання в бетон фундаменту і кут повороту гайки для забезпечення необхідного зусилля попереднього затягування за наступними вихідними даними :

- розрахунковий перекидний момент М = 287 кНм ;

- вага машини G = 75 кН;

- розрахункове вертикальне відривне навантаження Р_о = 59 кН ;

- горизонтальне зсувне навантаження Q =22 кН ;

- кількість фундаментних болтів n =8;

- відстань від осі повороту машини до найбільш

віддаленого болта в розтягнутій зоні стику Y₁ = 1,8м ;

- відстань від осі повороту машини до інших і-тих болтів у тій же зоні Y_і =1,2 ;

- матеріал болтів 09Г2С

Засіб установлення машини на підкладках

Кількість циклів N = 6,7*10⁶ ;

Навантаження комбіноване.

Переріз фундаментних болтів розраховують з умов не розкриття стику між фундаментом і основою базової деталі та перевіряють на витривалість ( утомлене руйнування).

Площа перерізу болтів по різьбі розраховується по формулі :

(см²)

де Q_0сум - сумарне зусилля попереднього затягування болтів від впливу вертикального та горизонтального навантаження , Н;

χ – коефіцієнт загального навантаження, який приймається рівним

k =0,5 – 0,6 ;

Р_В- розрахункове вертикальне навантаження, Н;

[σ_Р] – розрахункове допустиме напруження на розтягування металу болтів, яке приймають таким :

- для болтів з вуглецевих та низьколегованих сталей [σ_Р] = 140 МПа ;

- зі сталі 09Г2С - [σ_Р] = 170 МПа ;

- зі сталі 10Г2С1 - [σ_Р] = 190 МПа .

Розрахункове вертикальне навантаження :

(Н)

де Р_о – розрахункове відривне навантаження, яке діє від машини на фундамент, Н ;

G – вага машини, Н ;

N – кількість фундаментних болтів ;

М – розрахунковий перекидний момент, Нм ;

Y₁ – відстань від осі повороту машини до найбільш віддаленого болта в розтягнутій зоні стику, м;

Y_і - відстань від осі повороту машини до інших і-тих болтів в тій же зоні стику, м.

У розрахунках приймають, що вісь повороту машини при перекиданні під впливом експлуатаційного навантаження проходить через центр опорної поверхні машини, частіше в розтягнутій зоні стику знаходиться половина фундаментних болтів, якими базова деталь машини закріплюється на фундаменті.

Знайдемо розрахункове вертикальне навантаження, яке приходиться на один болт :

Сумарне зусилля попереднього затягування болтів під впливом вертикального і горизонтального навантажень :

Q_о.сум = Q_ОВ + Q_ОГ , (Н)

де Q_ОВ - зусилля попереднього затягування болтів під впливом тільки вертикального навантаження, Н ;

Q_ОГ - зусилля попереднього затягування болтів під впливом тільки горизонтального зсувного навантаження, Н .

Зусилля попереднього затягування болтів під впливом вертикального навантаження :

Q_ОВ = К_ст (1-χ)Р_В, (Н)

де К_ст - коефіцієнт стабільності затягування : для глухих і знімних болтів К_ст = 1,6 – 1,5 при тільки статичних навантаженнях і К_ст = 1,8 – 2,0 при комбінованих ( статичних і динамічних ) навантаженнях.

Приймаємо К_ст = 1,8 ; χ = 0,5.

Тоді :

Q_ОВ = 1,8*(1-0,5)*82410 = 74169 Н

Зусилля попереднього затягування болтів під впливом горизонтального зсувного навантаження :

де Q – горизонтальне зсувне навантаження, Н ;

G – вага машини, Н ;

f - коефіцієнт тертя.

Якщо машину установлюють на пакетах металевих підкладок,

то f = 0,2 ; якщо без підкладок - f = 0,3.

Тоді

Q _ОГ =

Q_о.сум = 74169 + 7875 = 82044 Н

Необхідна площа перерізу болта по різьбі :

F =

Таблиця 8.1

Діаметр різьби фундаментних болтів у залежності від розрахункової площі

d	F, см2	d	F, см2
М10	0,523	М56	18,74
М12	0,768	М64	25,12
М16	1,44	М72х6	32,23
М20	2,25	М80х6	40,87
М24	3,24	М90х6	53,68
М30	5,19	М100х6	67,32
М36	7,59	М110х6	82,67
М42	10,34	М120х6	106,56
М48	13,80	М140х6	138,01

За таблицею 8.1 вибираємо фундаментний болт із найближчим більшим перерізом М 42 ( F = 10,34см²)

Перевіряємо вибраний стандартний фундаментний болт на витривалість за формулою :

,(см²)

де [σ_p]_g - допустиме напруження на розрив під впливом динамічних навантажень, яке розраховують за формулою :

,(МПа)

де α – коефіцієнт, який враховує кількість циклів навантаження, вибирається за таблицею 8.2.

Таблиця 8.2.

Значення коефіцієнта α

N	0,05*106	0,2*106	0,8*106	2*106	5*106 і більше
α	3,15	2,25	1,57	1,25	1,0

µ - коефіцієнт, який враховує масштабний фактор, вибирається за таблицею 3 у залежності від діаметра вибраного стандартного фундаментного болта.

Таблиця 8.3.

Значення коефіцієнта µ

d	М10-М12	М16	М20-М24	М30-М36	М42-М48
µ	1,0	1,1	1,2	1,4	1,5
d	М36 –М72х6	М80х6 – М90х6	М100х6 – М125х6	М 140х6
µ	1,8	2,2	2,2	2,5

У даній задачі при N = 6,7*10⁶; α = 1,0

При М 42 µ = 1,5

Тоді

МПа

см²

Отже, вибраний стандартний фундаментний болт М42 відповідає вимогам необхідної витривалості.

Якщо умова витривалості не виконується, то треба вибрати наступний більший по площі фундаментний болт.

Глибина закладання фундаментних болтів у бетон фундаменту залежить від його типу :

• для глухих болтів Н = 25* d ;

• для знімних болтів Н = 15* d .

У прикладі : Н = 25*42 = 1050 мм