Осевая нагрузка винта передаётся через резьбу гайке и уравновешивается реакцией её опоры. Каждый из Z витков резьбы нагружается силами F1, F2, … FZ.
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ ПО ВИТКАМ РЕЗЬБЫ |
Основные виды разрушений у крепёжных резьб – срез витков, у ходовых - износ витков. Следовательно, основной критерий работоспособности
для расчёта крепёжных резьб – прочность по касательным напряжениям среза, а для ходовых резьб – износостойкость по напряжениям смятия.
|
|
Условие прочности на срез:
F / (π d1HKKm ) ≤ [ τ ] для винта; τ = F / (π dHKKm ) ≤ [ τ ] для гайки,
где H –высота гайки или глубина завинчивания винта в деталь, K = ab/p или K = ce/p – коэффициент полноты резьбы, Km – коэффициент неравномерности нагрузки по виткам.
Условие износостойкости на смятие:
s см = F / (π d2HZ ) ≤ [ s ] см,
где Z – число рабочих витков.
Равнопрочность резьбы и стержня винта является важнейшим условием назначения высоты стандартных гаек. Так, приняв в качестве предельных напряжений пределы текучести материала и учитывая, что τТ ≈ 0,6 s Т условие равнопрочности резьбы на срез и стержня винта на растяжение предстанет в виде: τ = F/ (π d1HKKm ) = = 0,6σТ = 0,6 F / [(π/4) d12 ]. При K = 0,87 и Km = 0,6 получаем H ≈ 0,8 d1, а учитывая, что d1 = d окончательно принимаем высоту нормальной стандартной крепёжной гайки H ≈ 0,8 d.
Кроме нормальной стандартом предусмотрены высокие H ≈ 1,2d и низкие H ≈ 0,5d гайки. По тем же соображениям устанавливают глубину завинчивания винтов и шпилек в детали: в стальные H1 = d, в хрупкие – чугунные и силуминовые H = 1,5d. Стандартные высоты гаек (кроме низких) и глубины завинчивания избавляют нас от расчёта на прочность резьбы стандартных крепёжных деталей.
В расчётах невозможно игнорировать податливость болта и соединяемых деталей. В простейшем случае при болтах постоянного сечения и однородных деталях
λб = lб / ( Еб Аб ) ; λд = δд / ( Ед Ад ),
где λб, λд – податливости болта и деталей, равные их деформации при единичной нагрузке (податливость обратна жёсткости); Еб, Ед, Аб, Ад – модули упругости и площади сечения болта и деталей; δд – суммарная толщина деталей δд ≈ lб.
|
|
В сложном случае податливость системы определяют как сумму податливостей отдельных участков болта и отдельных деталей. Под площадями сечения A понимают площади тех частей, которые подвержены деформации от затяжки болта. Здесь полагают, что деформации от гайки и головки болта располагаются вглубь деталей по конусам с углом α = 30о. Приравнивая объём этих конусов к объёму цилиндра, находят его диаметр
D1 = D + (δ1 + δ2 ) / 4; A д= π ( D12 – dотв2 ) / 4.
Внешняя нагрузка F деформирует не только болт, но и прокладки, шайбы, тарельчатые пружины и т.п. (1,2). Поэтому при расчёте суммарной нагрузки болта FΣ вводят понятие коэффициента внешней нагрузки χ, равного приращению нагрузки болта в долях от внешней нагрузки. Тогда
FΣ = Fзат + χF. При этомупругие прокладки нельзя рассматривать как детали, деформация которых уменьшается. В таких случаях все детали соединения разделяют на две системы:
1. Детали системы болта, в которых под действием нагрузки абсолютная деформация возрастает (болт, прокладки);
2. Детали системы корпуса, в которых абсолютная деформация уменьшается.
При этом
В таких соединениях наборы упругих прокладок (шайб, тарельчатых пружин) существенно увеличивают податливость системы болта, а следовательно, уменьшают нагрузку на болт.
В расчёте болтов сначала находят силу, приходящуюся на один болт.