Стыка, несдвигаемости стыка, прочности болта, выносливости болта»

Надёжность химического

Оборудования

 

Методические указания

 

Издательство

Пермского национального исследовательского политехнического университета

Составитель: Т.Н. Сергеева

УДК 62.192

Н-17

 

 

Рецензент:

канд. техн. наук, доцент С.Э. Шаклеина

(Березниковский филиал ПНИПУ)

 

Н-17 Надёжность химического оборудования: метод. указания к выполнению лабораторной работы / сост. Т.Н. Сергеева. – Пермь: Березниковский филиал Перм. гос. техн. ун-та, 2017. – 16 с.

 

 

Методические указания предназначены для выполнения расчетной лабораторной работы «Надежность болтового соединения по критериям нераскрытия стыка, несдвигаемости стыка, прочности болта, выносливости болта» студентами направления «Технологические машины и оборудование» всех форм обучения, изучающих дисциплину «Надежность химического оборудования».

Лабораторные работы направлены на закрепление и лучшее усвоение теоретического материала по основным разделам курса «Надежность химического оборудования». В пособии приведен теоретический материал по теме лабораторной работы, примеры выполнения расчетов, индивидуальные задания, справочный материал.

 

 

УДК 62.192

 

 

© ПНИПУ, 2017

Оглавление

 

Введение. 4

Лабораторная работа «Надежность болтового соединения по критериям нераскрытия стыка, несдвигаемости стыка, прочности болта, выносливости болта». 5

Теоретическая часть. 5

1. Надежность резьбового соединения по критерию нераскрытия стыка. 7

2. Надежность резьбового соединения по критерию несдвигаемости стыка 7

3. Надежность резьбового соединения по критерию статической прочности 8

4. Надежность резьбового соединения по критерию сопротивления усталости 9

Пример определения надежности болтового соединения по критериям нераскрытия стыка, несдвигаемости стыка, прочности болта, выносливости болта. 10

Задание. 12

Контрольные вопросы.. 13

ПРИЛОЖЕНИЕ. 14

Список литературы.. 15

 

Введение

Одной из важных характеристик, учитываемых при проектировании, разработке и эксплуатации машин и аппаратов, является их надежность. Цель данного пособия – помочь студентам освоить теоретический курс дисциплины «Надежность химического оборудования» и приобрести навыки инженерных расчетов.

Современная практика проектирования и производства машин подтверждает, что разработка машин должна начинаться с анализа конструктивно-технологической схемы и выбора конструктивно-технологических вариантов новой машины с учетом производственной и эксплуатационной технологичности. Для этого необходимо иметь исходные материалы, отражающие показатели производственной и эксплуатационной технологичности машин с учетом показателей надежности. В результате анализа технологичности должны быть выявлены способы изготовления и упрочнения деталей, узлов и механизмов проектируемых машин с целью определения их соответствия заданной долговечности. В процессе проектирования деталей и механизмов должна быть определена не только их прочность, жесткость, но и надежность. Зная надежность деталей машин отдельных групп с учетом структурной схемы их соединения, можно оценить надежность всей машины в целом. Разработаны специальные методы определения надежности соединений и многопоточных передач, валов, подшипников качения и скольжения, различных типов муфт и т.д. Для ознакомления с этими методами на лабораторно-практических занятиях проводится расчет надежности резьбовых соединений.

Данное пособие является методическим руководством для выполнения лабораторной работы студентами направления «Технологические машины и оборудование» всех форм обучения, изучающих дисциплину «Надежность химического оборудования». Пособие содержит теоретический материал по теме лабораторной работы, пример выполнения типового задания, индивидуальные задания и контрольные вопросы для защиты работы.

При выполнении и оформлении лабораторных работ необходимо соблюдать следующие указания: каждую работу следует выполнять в тетради чернилами любого цвета, кроме красного, оставляя поля для замечаний преподавателя; на обложке тетради должны быть написаны фамилия и инициалы студента, название группы; расчеты и пояснения должны излагаться подробно и аккуратно. Допускаются отчеты в печатном виде на листах формата А4.

Номер варианта контрольной работы выбирается в соответствии с порядковым номером студента в журнале группы.

Лабораторная работа

«Надежность болтового соединения по критериям нераскрытия

стыка, несдвигаемости стыка, прочности болта, выносливости болта»

 

Цель работы: ознакомление с принципиальным методом определения надежности различных соединений и деталей машин; определение вероятности безотказной работы болтового соединения по различным критериям; уяснение необходимости на этапе проектирования оценки надежности отдельных элементов системы; приобретение навыков пользования справочной литературой.

Теоретическая часть

 

Вопрос о надежности резьбовых соединений возникает в основном в связи с рассеянием нагрузок, предела выносливости болтов, разбросом их ударной прочности при низких температурах и с недостаточной надежностью многих применяемых средств стопорения.

Специфика расчета резьбовых соединений на надежность может быть сведена к учету рассеяния концентрации напряжений. В расчете принима­ют случайными величинами внешнюю нагрузку, силу начальной затяжки, предел выносливости материала и эффективный коэффициент концентра­ции напряжений в связи с разбросом радиуса выкружки резьбы.

Напряжение в болте зависит от силы затяжки. Сильная затяжка повы­шает надежность работы резьбового соединения, так как при этом повы­шается жесткость стыка и существенно понижается доля переменной на­грузки, приходящейся на болт.

Чтобы обеспечить требуемую затяжку болтов, силу затяжки контро­лируют. Методы контроля основаны на замерах удлинения болта, угла по­ворота гайки, крутящего момента при затяжке гайки. Первый метод наибо­лее точен, третий – наиболее распространен вследствие простоты и при­способленности для крупносерийного производства. Контроль в этом слу­чае производят с помощью ключа предельного момента, или динамомет­рического ключа.

Считается, что при затяжке динамометрическим ключом разброс силы затяжки составляет ± (25...30)%, при затяжке на определенный угол поворота гайки – ± 15%, при контроле затяжки по деформации тарированной упругой шайбы – ± 10%, при контроле удлинения болта – ± (3...5)%. Этим значениям раз­броса соответствуют приблизительно следующие коэффициенты вариации силы затяжки: 0,09; 0,05; 0,04; 0,02.

Напряжение в болте от внешней нагрузки в затянутом резьбовом со­единении определяется с учетом того, что лишь χ -ячасть нагрузки передается на болты. Величинаχназывается коэффициентом основной на­грузки и может быть оценена по расчету

, (1)

где , – податливость деталей и болта.

В рабочем диапазоне внешних нагрузок при достаточных силах за­тяжки болтов для стальных и чугунных деталей обычно χ = 0,2 ÷ 0,3. Предполагая, что стыки достаточно сильно затянуты и поэтому контактная жесткость мало меняется от давления, можно принимать значения χ де­терминированной величиной. Отсюда коэффициент вариации номиналь­ных напряжений в болте, вызванный рассеянием внешней нагрузки, пола­гается равным коэффициенту вариации внешней нагрузки.

Коэффициент концентрации в резьбе в первую очередь определяется формой впадины резьбы. Форма может быть неоговоренной или закруг­ленной.

Для ответственных высоко нагруженных соединений при переменных и динамических нагрузках должна применяться резьба с закругленной впадиной. У этой резьбы радиус кривизны впадины не должен быть менее 0,1 Р, где Р –шаг резьбы. У болтов с закругленной впадиной в конце их обозначения ставится буква R. Рассеяние радиуса впадины заключено в пределах (0,1 ÷ 0,144) Р независимо от степени точности резьбы.

Эффективный коэффициент концентрации в резьбе определяют экспериментально или через теоретический коэффициент концентрации напря­жений и коэффициент чувствительности. Теоретический коэффициент концентрации для наиболее распространенного сопряжения болта с гай­кой, работающего на сжатие, связан с шагом Р и радиусом выкружки R зависимостью:

(2)

Отсюда среднее значение α и коэффициент вариации коэффициента концентрации напряжений

(3)

(4)

 

Вероятностный расчет работоспособности и надежности болтового соединения сводится к оценке вероятности Р безотказной работы соединения, в простейшем предположении равной произведению Р = Р₁ Р₂ Р₃ Р₄ вероятностей безотказной работы по основным критериям: нераскрытию стыка, несдвигаемости стыка, статической прочности и споротивлению усталости.