ответы дет.маш. ответы дет. Техническое задание (ТЗ) Документ содержащий назначение, технические характеристики и показатели качества, т
 Скачать 0.97 Mb.
|
|
Эффект эксцентричного нагружения болта; Эксцентричное нагружение болта возникает из-за непараллель ности опорных поверхностей детали и гайки или головки болта, например вследствие уклона полки швеллера, погрешностей изгото вления деталей, болтов, гаек и т. д. Во всех этих случаях кроме напряжений растяжения в стержне болта появляются напряжения изгиба. Например, для болта на рис. 1.28, а напряжение растяжения в стержне  А напряжения изгиба при больших углах а, не ограничивающих деформацию болта, *и=^зат*/(0М3). Если принять x=di, то При малых а напряжения изгиба определяют с учетом дефор мации, допускаемой этим углом (рис. 1.28, б): <тя = Mj fVH «-Е*/а/(2/б). Здесь M=EI/p; р = /б/а; W^I{D2). Расчетным напряжением <ти будет большее из двух. Приняв за расчет ное первое напряжение, получим (TJctp&795. Это отношение позволяет отметить, что эксцентричное нагружение мо жет значительно уменьшать прочность болтов. При разработке и изготовлении конструкции соединений необ ходимо принимать все меры, устраняющие эксцентричное нагруже ние. Например, неровные поверхности деталей под гайками и голов ками болтов нужно планировать, а в случае, изображенном на рис. 1.28, подкладывать под гайку косую шайбу и т. п.
Основные критерии работоспособности и расчета
При одинаковом материале винта и гайки по напряжениям среза рассчитывают только резьбу винта. Высота гайки и глубина завинчивания Равнопрочность резьбы и стрежня винта является одним из условий определения высоты стандартных гаек. Прочность резьбы для нормальных и высоких гаек превышает прочность стрежня винта. Стандартные высоты гаек и глубина завинчивания исключает необходимость расчетов на прочность резьбы стандартных крепежных деталей. Расчеты на прочность стрежня винта при различных видах нагружения Стрежень винта нагружен только внешней растягивающей силой Опасное сечение − сечение, ослабленное резьбой. Площадь сечения приблизительно оценивают по внутреннему диаметру резьбы . Болт затянут, внешняя нагрузка отсутствует Пример: болты для крепления ненагруженных герметичных крышек и люков корпусов машин. Стрежень болта растягивается осевой силой , возникающей от затяжки болта, и закручивается моментом сил в резьбе. Прочность болта определяется по эквивалентным напряжениям. Болты М10...М12 можно разрушить при некачественно выполненной затяжке. Болты М6 разрушаются при силе 45Н, М12 при силе 180Н, в среднем и тяжелом машиностроении не рекомендовано применять болты меньшие М8. Болтовое соединение нагружено силами, сдвигающими детали Условие надежности соединения − отсутствие сдвига деталей в стыке. Болт поставлен с зазором Внешняя нагрузка уравновешивается силами трения в стыке, образованными от затяжки болта. В соединении, в котором болт поставлен с зазором, внешняя нагрузка не передается на болт. Поэтому болт рассчитывается только на статическую прочность по силе затяжки даже при переменной нагрузке (влияние переменной нагрузки учитывается повышением коэффициентов запаса). Болт поставлен без зазора В этом случае отверстие калибруют разверткой, а диаметр стрежня болта выполняют с допуском, обеспечивающим посадку без зазора. При расчетах силы трения в стыке не учитывают, потому что затяжка болта не обязательна (болт можно заменить штифтом). Стрежень болта рассчитывают по напряжениям среза и смятия.Расчеты на смятие проводят по условным напряжениям. Расчеты выполняют по самому большому напряжению смятия, а допускаемые напряжения определяют по наиболее слабому из материалов болта или детали. Установка болта с зазором
Болт затянут, внешняя нагрузка раскрывает стык деталей Пример: болты для крепления крышек резервуаров, нагруженных давлением жидкости или газа. Затяжка болтов должна обеспечивать герметичность соединения или нераскрытие стыка под нагрузкой. После приложения внешней нагрузки к затянутому соединению болт дополнительно растягивается на некоторую величину, а деформация сжатия деталей уменьшается и эту ту же величину. Достаточная предварительная затяжка , которая обеспечивает нераскрытие стыка деталей, является условием надежности и герметичности соединения. Факторы, влияющие на нераскрытие стыка:
Таким образом, целесообразно сильно затягивать соединения, особенно при переменных нагрузках. Эффект эксцентричного болта Эксцентричная нагрузка возникает в случаях непараллельности опорных поверхностей детали и гайки или головки болта. Кроме напряжений растяжения возникают напряжения изгиба и эксцентричная нагрузка может в значительной мере уменьшить прочность болта. Меры, позволяющие устранить эксцентричную нагрузку:
Расчеты соединений, включающих группу болтов Расчеты приводится к определению расчетной нагрузки для наиболее нагруженного болта. Предположение:
Равнодействующая нагрузка перпендикулярна плоскости стыка и проходит через его центр тяжести. Типичный случай соединения круглых и прямоугольных крышек, нагруженных давлением жидкости или газа. При этом болты затягивают, чтобы обеспечить плотность соединения. Все болты соединения нагружены одинаково. Нагрузка соединения сдвигает детали в стыке Пример: крепление кронштейна. При расчетах силу заменяют такой же силой, приложенной в центре тяжести стыка, и моментом . Нагрузка от силы R распределяется по болтам равномерно . Нагрузка от момента распределяется по болтам пропорционально их деформациям при повороте кронштейна, пропорционально расстояниям болтов от центра тяжести стыка, являющимся центром поворота. Болты поставлены без зазора Нагрузка воспринимается непосредственно болтами. Прочность болтов и деталей рассчитывается по напряжениям среза и смятия. Болты поставлены с зазором Нагрузки воспринимаются силами трения в стыке, для образования которых болты затягивают. Приблизительно считают, что равнодействующая сил трения приложена к центру соответствующего отверстия. Соединение будет прочным (детали не сдвинутся), если равнодействующая сил трения под каждым болтом не меньше, чем соответствующая равнодействующая сил Нагрузка соединения раскрывает стык деталей Пример: крепление кронштейнов, стоек и т.п. Силу R раскладываем на составляющие, действие которых заменяют действием сил, приложенными к центру стыка, и действием момента. Возможность раскрытия стыка и сдвига деталей устраняется затяжкой болтов. Расчеты из условия нераскрытия стыка. До приложения нагрузки R затяжка в стыке образовывалась напряжениями смятия. Расчеты из условия отсутствия сдвига деталей стыка (проверочный) Если условие отсутствия сдвига не выполняется, это означает, что условие нераскрытия стыка не является решающим и затяжку нужно определять из условия отсутствия сдвига или ставить болты без зазора. При больших нагрузках сдвига применяют специальные устройства, разгружающие стык (болты ставятся с зазором и воспринимают только раскрывающую стык нагрузку):
Материал
Для повышения прочности, коррозийной устойчивости, жаропрочности применяют специальные виды термической и химико-термической обработки, нанесение гальванических покрытий, например, улучшение, цинковое или кадмиевое хромирование, хромовое или медное покрытие и т.п.
Материалы для изготовления резьбовых деталей по ГОСТ 1759.4—87 указаны в табл. 1.1. В отдельных случаях применяют сплавы цветных металлов (латунь, бронзу и др.). При выборе материала учитывают условия работы (темпера туру, коррозию и т. п.), величину и характер нагрузки (статическая или переменная), способ изготовления и объем производства. Например, стандартные крепежные изделия общего назначения из готовляют из низко - и среднеуглеродистых сталей типа сталь 10... сталь 35. Эти дешевые стали позволяют изготовлять большие пар тии болтов, винтов и гаек методом холодной высадки или штам повки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для высоконагруженных деталей при перемен ных и ударных нагрузках, при высоких температурах, в агрессивных средах и пр. Для повышения прочности, коррозионной стойкости и жаро прочности применяют специальные виды термической и химико - термической обработки, а также нанесение гальванических и других покрытий, например улучшение, цинковое или кадмиевое хромиро вание, хромовое или медное покрытие и пр. В зависимости от механических характеристик материала для стандартных болтов, винтов и шпилек установлены 12 классов прочности. Класс прочности обозначается двумя числами, между которыми ставят точку. Например: 3.6; 5.8; 12.9. Первое число, умноженное на 100, определяет минимальную величину предела прочности ((хв; МПа) материала детали. Произведение этих двух чисел, умножен ное на 10, определяет минимальную величину предела текучести (<гт; МПа). Для стандартных гаек в диапазоне диаметровt/=1...48 мм с размерами под ключ по ГОСТ 24671 — 84 и высотой ^0,8d установлено 7 классов прочности. Например: 4; 8; 10. Число, указы вающее класс прочности гайки, определяет тот наибольший класс прочности винтов или шпилек, с которыми данная гайка может быть использована в соединении. Например, гайка класса прочно сти 8 может быть использована в соединении с винтами, имеющими класс прочности 3.6; 5.8; 8.8, но не может использоваться с винтами класса прочности 9.8; 12.9. Для низких гаек с высотой от 0,5d до 0,8d предусматривается два класса прочности — 04 и 05. Цифра 0 указывает на то, что гайка низкая. Механические характеристики материала резьбовых деталей в зависимости от их класса прочности приведены в ГОСТ 1759.4— 87 и ГОСТ 1759.5 — 87. Допускаемые напряжения и коэффициенты запасы прочности для резьбовых соединений приведены в табл. 1.2 и 1.3, Они учитывают точность расчетных формул, характер нагрузки, качество монтажа соединения (контролируемая или неконтролиру емая затяжка) и пр.
В зависимости от конструкции соединения применяют различные типы заклепок, геометрические размеры которых стандартизованы. Основные типы заклепок изображены на рис. 2.2 (а — с полукруг лой головкой; б — полупотайная; в— потайная; г — трубчатая). Если нет доступа к замыкающей головке (например, пустотелое крыло самолета), то применяют заклепки для односторонней клеп ки. Например, на рис. 2.2, д замыкающая головка образуется при протягивании конической оправки через коническое отверстие за клепки и на рис. 2.2, е — взрывом заряда L Заклепочные соединения применяют для деталей, мате риал которых плохо сваривает ся, и в тех конструкциях, где важно растянуть во времени развитие процесса разрушения. Например, разрушение одной или нескольких из тысяч закле пок крыла самолета еще не приводит к его разрушению, но уже может быть обнаружено и устранено при контроле и ре монте. В сварных соединениях образование трещин сопровож дается высокой концентрацией напряжений, что приводит к ускорению процесса разрушения. По конструктивному при знаку различают заклепочные Соединения внахлестку и встык, однорядные и многорядные, од - носрезные и многосрезные. На рис. 2.4: а — однорядный од - носрезный шов внахлестку; б — однорядный двухсрезный шов встык с двумя наклад ками. При расклепывании вследствие пластических деформаций образуется замыкающая головка, а стержень заклепки запол¬няет зазор в отверстии. Силы, вызванные упругими дефор¬мациями деталей и стержня заклепки, стягивают детали. Относительному сдвигу деталей оказывают сопротивление стержни заклепок и частично силы трения в стыке. Отверстия в деталях продавливают или сверлят. Сверление менее произ¬водительно, но обеспечивает повы¬шенную прочность (см. табл. 2.1). При продавливании листы деформируются, по краям отверстия появляются мел¬кие трещины, а на выходной стороне отверстия образуется острая кромка, которая может вызвать подрез стерж¬ня заклепки. Поэтому продавливание иногда сочетают с последующим рас¬сверливанием. Клепку (осаживание стержня) мо¬жно производить вручную или ма¬шинным (пневматическими молотка¬ми, прессами и т. п.) способом. Ма¬шинная клепка дает соединения повышенного качества, так как она обеспечивает однородность посадки заклепок и уве¬личивает силы сжатия деталей. Стальные заклепки малого диаметра (до 10 мм) и заклепки из цветных металлов ставят без нагрева — холодная клепка. Стальные заклепки диаметром больше 10 мм ставят горячим способом — горячая клепка. Нагрев заклепок перед постановкой облегчает процесс клепки и повышает качество соединения (достигаются лучшее заполнение отверстия и повышенный натяг в стыке деталей, связанный с тепловыми деформациями при остывании).
Условия нагружения заклепок подобны условиям нагружения болтов, поставленных без зазора (ср. рис. 2.4 и 1.21). Поэтому для заклепок остаются справедливыми расчетные формулы (1.21) и (1.22), которые определяют прочность по напряжениям среза τ и смятия асм. При расчетах заклепочных соединений, нагруженных силой в плоскости стыка, допускают, что нагрузка распространяется равномерно между всеми заклеп¬ками шва, силы трения в стыке не учитывают. На основные размеры заклепочных соединений выработаны нормы, которые рекомендуют выбирать d, /, е и δί в зависимости от толщины листов δ или размеров прокатного профиля (см. справочники [1, 4]). При этом расчет приобретает проверочный характер. Ниже рассмотрены некоторые особенности конструкции и расчета заклепочных соединений. В соединениях широких листов (рис. 2.4) за расчетную нагрузку принимают силу Fn действующую на фронте одного шага /. При этом значение Ft обычно определяют по напряжениям растяжения σ' в сечении листа а — а, не ослабленном отверстиями под заклепки. Напряжение σ' полагают известным из основных расчетов конструкции (расчет прочности стенок котла, резервуара и т. п.): Ft = &tb. Прочность листа в сечении b — b a = Ftl[(t-d) δΜσ]. Отношение σ7σ = (ί-έ/)// = φ (2.1) называют коэффициентом прочности заклепочного шва.
Заклепки изготовляют из стали, меди, латуни, алюминия и дру гих металлов. Материал заклепок должен обладать пластичностью и не принимать закалки. Высокая пластичность материала облегча ет клепку и способствует равномерному распределению нагрузки по заклепкам. При выборе материала для заклепок необходимо стре миться к тому, чтобы температурные коэффициенты линейного В противном случае при колебаниях температуры в соединении появляются температурные напряжения. Особую опасность пред ставляет сочетание разнородных материалов, которые способны образовывать гальванические пары. Гальванические токи быстро разрушают соединение. Такое явление наблюдается в химической промышленности и судостроении. Поэтому для скрепления алюми ниевых деталей применяют алюминиевые заклепки, для медных — медные. Допускаемые напряжения для заклепок (табл. 2.1) зависят в ос новном от характера обработки отверстия (продавленные или свер леные) и характера внешней нагрузки (постоянная переменная). |