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

Глава 2. НАГРУЗКИ НА РЕЗЬБОВОЕ СОЕДИНЕНИЕ

2.1. Растягивающие и изгибающие нагрузки

Резьбовые соединения работают преимущественно с предварительной затяжкой, благодаря которой внешняя переменная нагрузка передается на резьбовую деталь лишь частично. Прочность затянутого соединения при переменных нагрузках выше, чем незатянутого.

В большинстве конструкций затяжка создает определенное минимальное давление (контактное напряжение) на стыке соединяемых деталей, обеспечивая необходимую плотность стыка.

Кроме силы предварительной затяжки, резьбовые соединения при работе воспринимают основные растягивающие или сдвигающие нагрузки, а также дополнительные силы.

Основные растягивающие нагрузки связаны с назначением резьбового соединения. Их, как правило, можно определить расчетным путем или экспериментально. Например, основной нагрузкой для силовых болтов или шпилек (рис. 2.1, а) крепления крышек сосудов является давление, действующее на крышку, а для шатунных болтов (рис. 2.1, б) двигателей внутреннего сгорания — сила инерции поступательно движущихся в цилиндре масс.

На резьбовую деталь иногда также действуют и большие растягивающие нагрузки, обусловленные температурными деформациями деталей.

Рис. 2.1. Резьбовые соединения

Изгибающие нагрузки в резьбовом соединении могут появиться в результате перекоса опорных плоскостей деталей, опорных

Рис. 2.2. Соединение (а) и схема (б) к расчету напряжения изгиба

поверхностей гайки и головки болта, осей отверстий и шпилек и т. п., а также упругих деформаций соединяемых деталей в процессе работы, что наиболее опасно, так как они могут вызывать переменные напряжения изгиба.

Рассмотрим расчет напряжения изгиба в соединении шпилькой при перекосе опорной поверхности под гайкой на угол а.

Предположим, что гайка полностью прилегает к опорной плоскости, а растягивающая сила известна и направлена вдоль оси болта (рис. 2.2).

Уравнение изгиба стержня (без учета деформаций сдвига) имеет вид

где и — прогиб и угол поворота в сечении

Общий интеграл уравнения (2.1)

где

Используя краевые условия, получаем

Изгибающий момент принимает максимальное значение в сечении

Для практических расчетов угол а можно принять малым, тогда и

Исследуем влияние напряжения предварительной затяжки Считаем, что ( — площадь сечения стержня диаметром ). Тогда с учетом соотношений (2.5) и (2.6) находим

Рис. 2.3. Зависимость напряжения изгиба от напряжения затяжки в стержне шпильки

Рис. 2.4. Кривые изменения напряжения изгиба в стержне шпильки в зависимости от отношения

Напряжение изгиба в стержне шпильки в сечении

При малых значениях, напряжения предварительной затяжки

Последнее соотношение можно использовать при упрощенном расчете.

Так как момент максимален в сечении поломки в шпильках от напряжений изгиба происходят обычно в резьбовой части шпильки, ввернутой в корпус, а не в нижнем витке гайки, где резьба от осевых сил нагружается больше.

На рис. 2.3 приведена зависимость напряжения изгиба от напряжения затяжки, построенная по формуле (2.8) при для (кривая 1) и (кривая 2). Из анализа графика следует, что увеличение в соединениях с длинными шпильками оказывает сильное влияние на и что чрезмерная затяжка может быть в отдельных случаях причиной поломок болтов (шпилек) от напряжений изгиба.

На рис. 2.4 дана зависимость напряжения от отношения построенная по формуле (2.8) при тех же начальных условиях: для напряжений затяжки (кривая (кривая 2). Видно, что увеличение свыше 12 для уменьшения напряжений изгиба неэффективно.

Перекос опорных поверхностей гайки и торца головки болта, несоосность резьбы гайки и наклон отверстия могут существенно снижать прочность соединений вследствие изгиба, особенно при переменных нагрузках. Методики расчета напряжений изгиба при перекосе опорной поверхности гайки даны в работе [34].

Рис. 2.5. Конструктивные способы уменьшения напряжений изгиба в резьбе

Влияние дополнительных напряжений изгиба на прочность соединений при статических и динамических нагрузках рассмотрено далее.

Остановимся на конструктивных и технологических мероприятиях снижения напряжений изгиба. Наиболее широкое применение на практике находят сферические шайбы (рис. 2.5, а). Отметим, что такие шайбы не могут компенсировать перекос, возникающий при затяжке соединений, если он меньше угла трения. Но угол трения даже при составляет около 6°, поэтому соответствующие ему напряжения изгиба будут заведомо превышать предел текучести (см. рис. 2.4). В условиях вибрации ориентированные силы трения уменьшаются и возможность компенсации перекоса возрастает.

В ряде конструкций для уменьшения напряжения изгиба предусматривают специальные сферические и конические опорные поверхности (рис. 2.5, б, в).

Наиболее опасные напряжения изгиба возникают вследствие упругих переменных деформаций скрепляемых деталей. На рис. 2.5, г приведена конструкция соединения, в которой для освобождения резьбовой части шпильки от напряжений изгиба используется тщательно обработанный центрирующий участок, передающий угловой поворот торца гайки непосредственно на стержень болта.

Способ разгрузки резьбовых участков от изгиба с помощью центрирующих буртов показан также на рис. 2.5, д-ж.

На рис. 2.5, з показана специальная шайба, в которой использована идея шарнира Гука. Внутреннее кольцо шайбы, изготовляемое из высококачественной стали, обладает большой упругостью, что способствует снижению переменных напряжений растяжения. Таким образом, шайба снижает не только изгибающую, но и растягивающую переменные нагрузки.

Напряжение изгиба можно снизить также путем введения строгих допусков на перекос поверхности, биение торца гайки и др.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление