Болтовое соединение затянуто и нагружено внешней осевой силой

Примером такого соединения может служить крепление болтами крышки работающего под внутренним давлением резервуара (см. рис. 16.9в). Для такого соединения необходимо обеспечить отсутствие зазора между крышкой и резервуаром при приложении нагрузки, иначе говоря обеспечить нераскрытие стыка.

Очевидно, что при осуществлении первоначальной затяжки болтового соединения силой F_З болт будет растянут, а соединяемые детали сжаты. После приложения внешней осевой силы F_вн болт получит дополнительное удлинение, в результате чего затяжка соединения несколько уменьшится. Поэтому суммарная нагрузка на болт F_б < F_З + F_вн, а задача ее определения методами статики не решается.

Для удобства расчетов условились считать, что часть внешней нагрузки F_вн воспринимается болтом, остальная часть – соединяемыми деталями, а сила затяжки остается первоначальной, тогда F_б = F_З + χF_вн (χ – коэффициент внешней нагрузки, показывающий, какая ее часть воспринимается болтом).

Так как до раскрытия стыка деформации болта и соединяемых деталей под действием силы F_вн равны, то можно записать

χF_внλ_б = (1-χ) F_вн λ_д,

где λ_б, λ_д – соответственно податливость (т. е. деформация под действием силы в 1 Н) болта и соединяемых деталей. Из последнего равенства получим χ = λ_д/(λ_д + + λ_б).

Отсюда видно, что с увеличением податливости соединяемых деталей при постоянной податливости болта коэффициент внешней нагрузки будет увеличиваться. Поэтому при соединении металлических деталей без прокладок принимают χ = 0.2 - 0.3, а с упругими прокладками χ = 0.4 - 0.5.

Очевидно, что раскрытие стыка произойдет, когда часть внешней силы, воспринятой соединяемыми деталями, окажется равной первоначальной силе затяжки, т. е. при (1 - χ)F_вн = F_З. Нераскрытие стыка будет гарантировано, если F_З = K(1- χ)F_вн, где К – коэффициент затяжки, равный при постоянной нагрузке 1.25 - 2, при переменной нагрузке – 2.5 - 4.

Ранее было показано, что расчет затянутых болтов ведется по увеличенной в 1.3 раза силе затяжки F_З. Поэтому в рассматриваемом случае расчетная сила F_расч = 1.3F_З + χF_вн.