• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Розрахунок розбірних з'єднань

Розбірні з'єднання допускають роз'єднання деталей та вузлів і забезпечуються взаємним розміщенням деталей та силами тертя (більшість роз'ємних з'єднань) або тільки взаємним розміщенням (наприклад, з'єднання призматичними шпонками).

За формою приєднувальних поверхонь розрізняють:

- з'єднання площинами (більшість);

- з'єднання поверхнямих обертання - циліндричне або конічне (вал - маточина).

З розбірних з'єднань найбільшого поширення набули різьбові з'єднання, що реалізуються гвинтами, болтами, шпильками, гайками.

У різьбових з'єднаннях використовується метрична і дюймова різь різних профілів залежно від технологічних завдань з'єднання. Різьба, утворена на циліндричній/конічній поверхні, називається циліндричною/конічною.

Залежно від призначення різьби і різьбові з'єднання поділяють на три групи:

- кріпильні;

- кріпильно–ущільнювальні;

- спеціальні.

Контур перерізу різьби в площині, яка проходить через її вісь (вісь гвинта), називається профілем різьби. Розрізняють п’ять основних профілів різьби:

- трикутна;

- упорна;

- трапецеєвидна;

- прямокутна;

- кругла.

Якщо на видимій частині циліндра (конуса) гвинтова поверхня піднімається зліва направо, то різьбу називають правою, а якщо справа наліво, то лівою.

Залежно від кількості витків, які виходять з основи циліндра, різьби бувають:

- однозахідні;

- двозахідні;

- багатозахідні.

Різьбові з'єднання за видом з'єднувальних деталей поділяються на:

- болтове з'єднання;

- гвинтове з'єднання;

- шпилькове з'єднання.

До переваг різьбових з'єднань відносять:

- технологічність;

- взаємозамінність;

- універсальність;

- надійність;

- масовість.

До недоліків різьбових з'єднань слід віднести:

- самовідгвинчування при перемінних навантаженнях, що вимагає застосування спеціальних засобів стопоріння;

- отвори під кріпильні деталі як різьбові так і гладкі викликають концентрацію напружень у матеріалі скріплюваних деталей:

- для ущільнення (герметизації) з'єднання необхідно використовувати додаткові технічні рішення.

5.2.1 Розрахунок болтового з'єднання, навантаженого разтягуючою силою.Якщо болт навантажений тільки зовнішньою силою, що розтягує, (без початкового затягування), то розрахунок у цьому випадку зводиться до визначення розрахункового діаметра різьби з умови міцності на розтяг:

(5.11)

Звідси:

(5.12)

де [σ]_p - допустиме напруження на розтяг для болта;

,

де σ_т - межа текучості матеріалу болта.

У додатку - А наведено характеристики механічних властивостей болтів, гвинтів і шпильок виготовлених з вуглецевих і легованих сталей.

Приклад 4. Визначити діаметр різьби болта для кріплення скоби. Навантаження - 17 кН, матеріал болта - сталь 20. Розрахункова схема приведена на рис. 5.11.

Прикладами такого випадку навантаження можуть бути нарізні хвостовики вантажних гаків і скоб.

При розрахунку визначаємо:

- границю текучості для матеріалу болта σ_т =240 Н/мм²

- допустиме напруження при розтягу болта:

.

Рисунок 5.11 – Розрахункова схема вантажної скоби

- з умови міцності знаходимо розрахунковий діаметр різьби болта:

,

- приймаємо різьбу М16 із кроком Р = 2 мм, для якої:

.

5.2.2 Розрахунок болтового з'єднання ненавантаженого осьовою силою.Прикладом є болти, що служать для кріплення корпуса редуктора і кришки. У період затягування болт відчуває розтяг і кручення. На практиці розрахунок болта на сукупну дію розтягу і кручення заміняють розрахуноком на розтяг, приймаючи для розрахунку не силу затягування Fо, а збільшену зурахуванням кручення F. Для метричних різьб - F = 1,3F_о.

Умова міцності затягнутого болта:

, (5.13)

де d_p - розрахунковий діаметр різьби d_р = d – 0,94Р,

d - зовнішній діаметр різьби;

Р - крок різьби;

F - повздовжня сила, рівна зусиллю затягування;

[σ]_p- допустиме напруження для болта, що визначається за формулою:

, (5.14)

де σ_т - границя текучості матеріалу болта;

[n]_т - необхідний коефіцієнт запасу міцності.

Таблиця 5.5 - Значення необхідного коефіцієнта запасу міцності [n]_т при розрахунку болтів із неконтрольованим затягуванням [2].

При контрольованому затягуванні (контроль можливо здійснювати динамо-метричними ключами) [n]_т не залежить від діаметра різьби.

Для вуглецевих сталей [n]_т = 1,7 - 2,2.

Для легованих сталей [n]_т = 2 – 3.

Примітка: для силових з'єднань не припускаються болти діаметром d < 8 мм.

Приклад 5. Визначити зусилля затягування болта М24. Матеріал болта - легована сталь 35Х. Різьбове з'єднання з контрольованим затягуванням. Схему наведено на рис. 5.12.

Рисунок 5.12 – Розрахункова схема

Розв'язок робимо у наступній послідовності:

- приймаємо [n]_т = 3;

-визначаємо:

,

де σ_т - межа текучості;

- визначаємо розрахунковий діаметр різьби:

,

- визначаємо зусилля затяжки:

.

5.2.3 Розрахунок болтового з'єднання, навантаженого поперечною силою.Розрахункові схеми таких болтових з'єднань наведені на рис. 5.13.

a)	б)
Рисунок 5.13 - Розрахункові схеми болтових з'єднань, навантажених поперечною силою

5.2.4 Розрахунок болта, навантаженого поперечною силою.Встановлення болта з зазором (рис. 5.13 а).

Умова міцності:

. (5.15)

Визначення [σ]_p i d_p наводиться у підрозділі 5.1.

Силу затяжки F_з, визначають за формулою:

, (5.16)

де F - поперечна зовнішня сила;

к - коефіцієнт запасу по зсуву деталей, к = 1,4 - 2;

f - коефіцієнт тертя. Для стальних і чавунних поверхонь f = 0,15 - 0,2;

і - число стиків (на рис. 5.13 а і = 2);

z - число болтів .

Встановлення болта без зазору (рис. 5.13 б)

Таке з'єднання розраховують на зріз болта.

Умова міцності:

(5.17)

де τ_зр - розрахункове напруження зрізу болта;

F - поперечна сила;

d - діаметр стержня у небезпечному перетині;

i - число площин зрізу (на рис. 5.13 б і = 2);

[τ]_зр - допустиме напруження зрізу для матеріалу болта

[τ]_зр = (0,2 – 0,3)σ_т, де σ_т - границя текучості.

Приклад 6. Сталеві смуги, розтягнуті силою F = 28 кН (рис. 5.13 а) кріпляться за допомогою двох болтів з сталі 20. Навантаження постійне. Визначити діаметр болтів.

Для болтового з'єднання з неконтрольованою затяжкою приймаємо за табл. 5.5 [n]_т = 3,5 у припущенні, що зовнішній діаметр різьби буде в інтервалі 16 - 30 мм.

Межа текучості становить σ_т = 240 Н/мм².

Тоді:

.

Приймаємо коефіцієнт запасу по зсуві листів к = 1,6 і коефіцієнт тертя f = = 0,16.

Визначаємо необхідну силу затяжки:

.

З умови міцності знаходимо:

.

За табл. 5.4 приймаємо різьбу М16 із кроком Р = 2 мм, для якої:

d_p = d - 0,94Р; d_p = 16 - 0,94× 2 = 14,12 мм.

5.2.5 Розрахунок болтового з'єднання, затягнутого і навантаженого зовнішньою осьовою розтягуючою силою.Цей випадок з'єднання часто буває у машинобудуванні для кріплення кришок цилиндрів, підшипникових вузлів. Робота болтів кришки посудини, що знаходиться під внутрішнім тиском газу, може служити одним із характерних прикладів аналізованих випадків:

- болт затягують тільки попередньо;

- болт при повному робочому навантаженні затягують додатково.

Розрахункові формули:

- для першого випадку:

, (5.19)

- для другого випадку:

, (5.20)

де F - прикладене до болта зовнішнє навантаження.

Якщо кришка, наприклад, затягнута декількома болтами, то вважаємо, що всі болти навантажені однаково і при їхньому числі рівному i:

, (5.21)

де F_c - сумарне навантаження на кришку, обумовлене, наприклад, тиском газу;

к_з - коефіцієнт затяжки болта, приймається: для з'єднання при постійному навантаженні - 1,25 ÷ 2; для з'єднання при змінному навантаженні - 2 ÷ 4;

λ - κоефіцієнт зовнішнього (основного) навантаження, принимається для з'єднання без прокладок - 0,2÷0,3; для з'єднання з пружними прокладками - 0,4÷ 0,9;

d_p - розрахунковий діаметр різьби болта;

[σ]_p - допустиме напруження:

, (5.22)

де σ_т - границя текучості ;

[n_т] - необхідний коефіцієнт запасу міцності .

Приклад 7. Кришку газового резервуару вирішено кріпити шпильками М12 з сталі 30. Матеріал прокладок - азбест. Максимальна сила тиску газу на кришку F_max = 38 кН. Можливі невеличкі коливання газу у резервуарі. Визначити число шпильок. Розрахункову схему подано на рис. 5.14.

Рисунок 5.14 - Схема кріплення кришки резервуару

Розв’язок проводимо у такій послідовності:

- визначаємо допустиме напруження:

,

де [n]_т = 4,5 приймаємо при постійному навантаженні;

- для різьби М12 за табл. 5.5 маємо крок Р = 1,75 мм.

Розрахунковий діаметр буде дорівнює:

d_p = d – 0,94р = 12 – 0,94 · 1,75 = 10,35 мм

- для герметичності з'єднання шпильки повинні бути поставлені p попереднім затягуванням при складанні. Приймаємо λ = 0,45; к_з = 0,75.

Тоді прикладене до болтів зовнішнє навантаження

,

- звідки число шпильок:

.

Приймаємо z = 12.

5.2.6 Розрахунок гвинтів стяжного пристрою.Для створення попередніх напружень в елементах конструкцій, напружень канатів і ряду інших випадків застосовують затяжний пристрій, що складається з двох гвинтів, одного з правою і другого з лівою різьбою, і стяжної муфти, що має з однієї сторони внутрішню праву, а з іншою - ліву різьбу.

Небезпечні перетини гвинтів перебувають за межами муфти. Поздовжня сила і момент, що крутить, мають свої найбільші значення в одних і тих самих перерізах.

Умова міцності за гіпотезою енергії формозміни:

(5.23)

де - нормальне напруження від дії повздовжньої сили;

d_p = d – 0,94p - розрахунковий діаметр різьби болта;

d - зовнішній діаметр різьби;

р - крок різьби;

- дотичне напруження від дії моменту кручення у різьбі, М_кр визначають по формулі:

, (5.24)

де F- поздовжня сила;

d₂- середній діаметр різьби;

l- кут підйому гвинтової лінії:

(5.25)

де p - крок різьби;

a - число заходів різьби;

ρ΄ - приведений кут тертя:

(5.26)

де f - коефіцієнт тертя, приймається f = 0,15 ¸ 0,2;

α - кут профілю різьби, для метричної різьби α = 60˚, для трапецеєвидної - α = = 30˚.

Полярний момент опору дорівнює:

. (5.27)

Тоді:

. (5.28)

Після визначення σ_екв його порівнюють з граничним напруженням.

5.2.7 Розрахунок різьби на міцність.Умова міцності різьби за напрямом зминання виражається формулою:

, (5.29)

де F - осьова сила;

h - висота профілю;

z - число витків різьби у гайці;

d₂ - середній діаметр різьби;

[s]_зм - допустиме напруження зминання у різьбі;

[s]_зм = (0,8¸1,0) s_т - для вуглецевих сталей;

[s]_зм = (0,6 ¸ 0,8) s_т - для легованої сталі;

[s]_зм = (0,6¸ 0,8) s_в - для чавуна,

де s_в - границя текучості.

Межа міцності для СЧ 12-28 s_в = 120 Н/мм² ,

СЧ 18-36 s_в = 180 Н/мм² ,

СЧ 21-40 s_в = 210 Н/мм² .

Умова міцності різьби за напруженнями зрізу виражається формулою:

- для гвинта:

, (5.30)

- для гайки:

, (5.31)

де F - осьове зусилля;

d₁ - внутрішній діаметр різьби (можна приймати розрахунковий діаметр d_p);

d - зовнішній діаметр різьби;

H - висота гайки;

к - коефіцієнт, що враховує тип різьби:

- для трикутної різьби к = 0,8;

- для прямокутної різьби к = 0,5;

- для трапецеїдальної різьби к = 0,65;

[τ]_зр - допустиме напруження зрізу у різьбі:

.

а)	б)
Рисунок 5.15 – Призматична а) і сегметна б)шпонки

Стандартні кріпильні вироби на міцність різьби не розраховують.

Переглядів: 5559