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

6.7. Сопротивление усталости головок и стержней болтов

Как показано в гл. 4, теоретический коэффициент концентрации напряжений в месте перехода от стержня к головке болта при одинаковых радиусах закругления значительно меньше, чем в резьбе. Однако на практике поломки болтов часто происходят в местах перехода от стержня к головке и от гладкой части стержня к резьбовой, особенно в тех случаях, когда головка болта формируется точением или высадкой (с последующей термообработкой), а резьба упрочнена (накатана, обкатана роликом и др.). Основное внимание при конструировании тела болта (шпильки) необходимо обращать на радиусы закругления в местах сопряжений.

Влияние радиусов закругления на сопротивление усталости болтовых соединений исследовалось авторами совместно с

Рис. 6.38. Зависимость предела выносливости соединений и эффективного коэффициента концентрации напряжений от радиуса закругления под головкой болта

Рис. 6.39. Диаграмма для выбора радиуса закругления под головкой болта в зависимости от радиуса впадины резьбы

Ж. А. Ардеевым. Болты изготовляли из стали Необходимые радиусы закругления под головкой болта получали точением. Резцы затачивали на профилешлифовальном станке. Результаты исследований (рис. 6.38) показали, что увеличением отношения от 0 до 0,2 можно в раза повысить предел выносливости соединений.

Сопоставлением результатов указанных исследований с данными, приведенными на рис. 6.17, получена диаграмма (рис. 6.39) для выбора радиуса закругления под головкой болта в зависимости от радиуса впадины резьбы, при котором обеспечивается равнопрочность сопряжений при переменных нагрузках. Видно, что при обеспечивается надежная работа головки болта в соединении.

Отметим, что наиболее распространены простые скругления одним радиусом. Однако при увеличении радиуса уменьшается опорная поверхность головки болта, поэтому в ряде случаев переход от головки болта к стержню выполняют несколькими радиусами.

В результате экспериментальных исследований и на основании анализа поломок болтов установлено, что опасным сечением галтели (переходного участка) является сечение малого диаметра (у перехода галтели в цилиндрическую часть стержня). В связи с этим в ответственных конструкциях применяют галтели, очерченные дугами двух-трех радиусов, и эллиптические галтели, причем большим радиусом выполнен участок, примыкающий к цилиндрической части стержня.

На рис. 6.40 показан профиль сопряжения, очерченный дугами трех радиусов для головки болта с резьбой Цифрами 1, 2 обозначены головка и тело болта, размеры даны в дюймах. Долговечность соединений с переходом сложной формы (сплошная линия) более чем вдвое превышает долговечность соединений

Рис. 6.40. Профиль сопряжения стержня и головки болта

с обычным радиусным переходом (штриховая линия). Опорная площадь головки болта при этом не изменяется.

На практике применение увеличенных радиусов закругления не всегда допускается по конструктивным и технологическим соображениям (необходимость применения больших фасок и т. д.). На рис. 6.41 показаны рассмотренные профили сопряжения головки болта со стержнем.

Если а болт подвержен переменному нагружению, после термообработки следует применять упрочняющую обработку переходного участка (например, обдувку дробью, обкатку роликом, алмазное выглаживание и др.). Долговечность соединений после такой обработки существенно возрастает.

Эффективной оказывается разгружающая канавка под головкой болта (рис. 6.42, а), которую также подвергают холодной упрочняющей обработке.

Следует отметить, что в болтах со шлицевой головкой или с головкой, имеющей внутреннее шестигранное отверстие под ключ, усталостные трещины могут распространяться от места перехода до отверстия.

В двигателестроении применяют болты с конической головкой; угол и 45° (рис. 6.42, б). Такая головка уменьшает влияние внецентренности нагрузки и снижает концентрацию напряжений в месте перехода к стержню. Сопротивление усталости соединений с коническими головками, как и с головками уменьшенной жесткости, достаточно велико.

На рис. 6.43 приведены профили сопряжения резьбовой и гладкой части болта. Если сопряжение выполнено в виде сбега

Рис. 6.41. Профили сопряжения стержня и головки болта: а — одним радиусом; б - двумя радиусами; в — эллиптической галтелью; г - с коническим участком; д - с центрирующим пояском

Рис. 6.42. Болты с разгружающей канавкой (а) и с конической головкой (б)

Рис. 6.43. Профили сопряжения резьбовой и гладкой частей болта

резьбы (рис. 6.43, а), длина резьбовой части должна распространяться под опорную поверхность гайки (рис. 6.44).

Для повышения податливости соединений применяют болты со стержнем уменьшенного диаметра (рис. 6.43, б).

Проточки, показанные на рис. 6.43, в, г, обеспечивают удобный выход инструмента, увеличивают податливость стержня болта, уменьшают напряжения изгиба, обусловленные посадкой гайки. Экспериментально установлено, что для резьб малого диаметра диаметр проточки для резьб большого диаметра

Влияние вида сопряжения резьбовой и гладкой части на предел выносливости болтовых соединений исследовалось А. И. Якушевым и М. П. Марков дом. Результаты этих исследований, приведенные в табл. 6.25, свидетельствуют о благоприятном влиянии проточки. Отметим, что влияние проточки при испытаниях на малоцикловую усталость не проявляется.

Некоторые примеры применения проточек в резьбовых соединениях показаны на рис. 6.45. На рис. 6.45, а изображено соединение с длинными проточками. Для обеспечения высокой податливости болта длина проточек должна быть максимальной. Центральный участок стержня, выполненный полным диаметром, служит для фиксации болта и передачи сдвигающих нагрузок. Для точной фиксации оси болта вблизи гайки и головки болта выполняют направляющие выступы (рис. 6.45, б). Их назначение — уменьшение изгиба стержня при монтаже и в эксплуатации. Во избежание появления на выступах усталостных трещин от коррозии при трении и для обеспечения осевых сдвигов соединяемых деталей эти выступы делают узкими; иногда на них наносят защитное покрытие.

Рис. 6.44. Сопряжение болта и гайки при наличии сбега резьбы

Таблица 6.25. (см. скан) Значения для соединений со сбегом резьбы и с проточкой

На рис. 6.45, в показано болтовое соединение, малочувствительное к упругим угловым перекосам. На рис. 6.45, г дана конструкция с использованием сжато-растянутой гайки и кольцевой упругой шайбы. На стержне имеется поясок для фиксации болта и передачи сдвигающих нагрузок.

В табл. 6.26 приведены данные сопоставления несущей способности и стоимости болтов различных типов (рис. 6.46).

Рис. 6.45. Резьбовые соединения с проточками

Рис. 6.46. Болты различных типов

Таблица 6.26

Сопоставление несущей способности и стоимости болтов

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление