Расчет болтов при переменных напряжениях
В соединениях, нагружаемых переменными силами, болты должны быть установлены со значительной первоначальной затяжкой.
При расчете на выносливость кручение болта не учитывают
Напряжения в резьбовой части болта вычисляют следующим образом:
амплитуда переменных напряжений
напряжение затяжки
постоянное (среднее) напряжение
наибольшее напряжение
Первоначальная затяжка должна быть значительной и достигает σ зат = (0,44…0,6)σ т, а в некоторых случаях 0,8 σ т
Прочность болта при действии переменных напряжений оценивают по двум коэффициентам запаса: а) по амплитуде цикла и б) по наибольшему напряжению цикла.
Условие прочности по амплитуде
где
— предел выносливости болта (шпильки);
σ -1р — предел выносливости при симметричном цикле растяжения сжатия;
k α — эффективный коэффициент концентрации напряжений;
σ а — амплитуда переменных напряжений;
[n а] = 2,5 — 4,0 — требуемый коэффициент запаса прочности по амплитуде
Коэффициент запаса прочности по наибольшему напряжению цикла определяют приближенно как отношение предельного напряжения к наибольшему действующему. Обычно этот расчет сводится к расчету на статическую прочность и тогда σпред = σт, что объясняется значительной асимметрией цикла
Условие прочности по наибольшему напряжению
где [n]= 1,25…2,5 — требуемый коэффициент запаса прочности по наибольшему напряжению.
Для повышения усталостной прочности болтового соединения следует стремиться к уменьшению коэффициента основной нагрузки.
Этого можно достигнуть, применяя мало податливые стыки и возможно более податливые болты. С этой целью диаметр стержня болта уменьшают до d1 и даже до 0,8d1
Болт с повышенной податливостью
Материал | σ -1р, Н/мм2 | Нарезанная резьба σ -1рк, Н/мм2 |
Накатанная резьба σ -1рк, Н/мм2 |
Нарезанная резьба k α |
Накатанная резьба k α |
Сталь 35 | 180 | 50 | 65 | 3,6 | 2,8 |
Сталь 45 | 220 | 60 | 80 | 3,7 | 2,8 |
38ХА | 300 | 75 | 100 | 4,0 | 3,0 |
30ХГСА | 300 | 75 | 100 | 4,0 | 3,0 |
40ХНМА | 440 | 95 | 125 | 4,6 | 3,5 |
18Х2Н4ВА | 450 | 100 | 130 | 4,5 | 3,5 |
Примечания
Данные таблицы относятся к метрической резьбе d < 16 мм и радиусом закругления у основания профиля r = 0,108S и соответствуют соединению типа болт-гайка. Для резьб d > 16 мм значения σ -1к уменьшают на 20 — 30% при d = 24 ÷ 42 мм, при d > 48 мм — на 40 ÷ 60%