Главная > Разное > Резьбовые и фланцевые соединения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

4.11 Распределение напряжений в головках болтов

Для расчета на прочность болтовых соединений необходимо знать концентрацию напряжений в сопряжении головки со стержнем болта и контактные давления под головкой болта. Эти сведения можно получить из решения осесимметричной контактной задачи о взаимодействии головки болта со стягиваемыми деталями.

На рис. 4.57, а показана схема распределения относительных главных напряжений на контурах головки и стержня болта (контурные напряжения). Относительные контактные напряжения (давления) приведены для случая, когда головка болта опирается на жесткое основание. На практике этому приблизительно соответствует резьбовое соединение, стягивающее стальные детали болтами из титановых сплавов. На рис. 4.57, б дана зависимость относительного контактного напряжения на опорном торце головки болта, когда головка опирается на жесткую (не-деформированную) деталь (кривая 1) и на деталь из того же, что и болт, материала (кривая 2), После определения контактного напряжения проведен расчет напряженного состояния в головке. Результаты расчета приведены на рис. 4.57, а. Из рисунка

Рис. 4.57. Схема (а) и кривые (б) распределения напряжений под головкой болта

следует, что наибольшее напряжение на контуре болта действует вблизи перехода галтели в гладкую часть стержня, т. е. в сечении, отклоненном от начала сопряжения приблизительно на 15°. Теоретический коэффициент концентрации напряжений при контакте головки с жесткой деталью

Рис. 4.56. Головки болтов

Рис. 4.59. Зависимость а от относительного радиуса под головкой болта

Рис. 4.60. Кривые распределения контактного напряжения (давления) под головками болтов при (2) и

Когда головка болта опирается на упругую деталь, контакт» ное давление вблизи отверстия снижается, а максимальное напряжение на контуре болта несколько возрастает.

При увеличении радиуса закругления под головкой болта концентрация напряжений уменьшается (рис. 4.58, а-е; рис. 4.59). Однако контактное давление вблизи кромки отверстия при этом возрастает вследствие уменьшения площади опоры (рис. 4.60). Сплошные линии соответствуют контакту головки с упругими деталями, штриховые контакту с абсолютно жесткими корпус» ными деталями.

Положение опасного (наиболее нагруженного) сечения в зоне галтели также зависит от радиуса закругления. При это сечение удалено на 20° от начала сопряжения гладкой части стержня с головкой. С увеличением радиуса сечение приближается к гладкой части стержня, и при оно удалено лишь на 10° от начала сопряжения,

В практических расчетах можно использовать следующую приближенную формулу вы числения теоретического коэффициента концентрации напряжений под головкой болта:

Иногда для сохранения нормальной опорной поверхности переход от стержня к головке осуществляют поднутренной галтелью (см. рис. 4.58, д). В этом случае значение

Рис. 4.61. Схема (а) и кривые (б) распределения напряжений под головкой болта с одно- и двухрадиусной галтелями

Рис. 4.62. Схема распределения напряжений в головке и стержне болта в условиях упругости, пластичности и ползучести

Рис. 4.63. Зависимость коэффициента от времени работы соединения при

существенно больше, чем при простом скруглении с таким же радиусом, вследствие увеличения податливости при изгибе головки.

Для снижения контактного давления и повышения сопротивления усталости целесообразно выполнять сопряжение головки и стержня болта галтелью с двумя радиусами (см. рис. 4.58, г; рис. 4.61). Радиус закругления участка, прилежащего к цилиндрической части, должен быть большим, так как в этой зоне действуют наибольшие контурные напряжения. Малый радиус на второй части галтели увеличивает опорную поверхность головки болта.

Коэффициент под головкой в случае сопряжения галтелью с двумя радиусами несколько выше (на чем при простой галтели с Однако максимальные контактные давления, действующие на опорном торце (кривая ниже, чем при простом сопряжении (кривая 2), в 1,9 раза.

В ряде конструкций для повышения сопротивления усталости соединений применяют болты с коническими головками (рис. 4.58, е). Такие головки не имеют преимуществ перед обычными головками с двухрадиусной галтелью, однако при их использовании усложняется изготовление корпусных деталей.

При уменьшении высоты головки Н от до теоретический коэффициент концентрации напряжений возрастает на (большее значение соответствует меньшему радиусу закругления под головкой), а при увеличении высоты головки до снижается приблизительно на

Следует отметить, что характер распределения контактного давления на опорном торце головки болта незначительно влияет на концентрацию напряжений под головкой. Из решения контактной задачи несложно найти и микроперемещения

контактирующих поверхностей при изменении внешней нагрузки, необходимые для оценки склонности соединений к фреттинг-коррозии.

При больших нагрузках, а также при работе соединений в условиях повышенных температур в зонах концентрации напряжений развиваются деформации пластичности и ползучести. На рис. 4.62 в качестве примера показана схема распределения напряжений под головкой болта из стали в условиях идеальной упругости (сплошная линия), пластичности (штриховая линия; нагрев до температуры и ползучести (штрихпунктирная линия; работа при температуре в течение На этом же рисунке (справа) показана эпюра осевых напряжений в наиболее нагруженном сечении. Снижение концентрации — сначала быстрое в процессе нагрева, затем медленное при работе — связано с перераспределением напряжений в условиях пластичности и ползучести (рис. 4.63).

Головки с увеличенной высотой (кривая имеют меньшие податливость при изгибе и коэффициент концентрации напряжений, поэтому они менее «склонны» к ползучести, чем головки с нормальной высотой (кривая 2; , при одинаковых условиях нагружения.

Увеличение радиуса закругления под головкой болта и снижение концентрации напряжений замедляют развитие деформаций пластичности и ползучесть.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление