Výpočet tlaku pre skrutkový spoj. Výpočet závitových spojov

Kalkulácia závitové spojenia

Názov parametra	Význam
Téma článku:	Výpočet závitových spojov
Rubrika (tematická kategória)	Auto

Hlavným kritériom pre výkon upevnenia závitových spojov je pevnosť. Štandardné upevňovacie prvky sú navrhnuté tak, aby boli rovnako pevné v nasledujúcich parametroch: šmykové a tlakové napätia v závite, ťahové napätia v závitovej časti tyče a v mieste prechodu medzi tyčou a hlavou. Z tohto dôvodu sa pre štandardné upevňovacie prvky berie pevnosť v ťahu tyče ako hlavné výkonnostné kritérium a pomocou nej sa vypočítavajú skrutky, skrutky a čapy. Výpočty pevnosti závitu sa vykonávajú ako test len pre neštandardné diely.

Výpočet závitu. Ako ukázali štúdie N. E. Žukovského, interakčné sily medzi závitmi skrutky a matice sú rozdelené do značnej miery nerovnomerne, skutočný charakter rozloženia zaťaženia pozdĺž závitov však závisí od mnohých faktorov, ktoré je ťažké zohľadniť (nepresnosti pri výrobe, stupeň opotrebenia závitu, materiál a prevedenie matice a skrutky atď.). Z tohto dôvodu sa pri výpočte závitu bežne predpokladá, že všetky závity sú zaťažené rovnako a nepresnosť vo výpočte je kompenzovaná hodnotou dovoleného napätia.

Podmienka pevnosti závitu v šmyku má tvar

(2.14)

kde F v - axiálna sila; A cf je oblasť rezu rezných závitov; pre skrutku (pozri obr.2.9)

pre orech. Tu je výška matice; k je koeficient, ktorý zohľadňuje šírku základne závitov: pre metrický závit pre skrutku k, pre maticu k; pre lichobežníkové a prítlačné závity k; pre pravouhlý závit k

Ak sú skrutka a matica vyrobené z rovnakého materiálu, potom sa skontroluje iba skrutka na strihanie, pretože d 1< D.

Stav pevnosti závitu pokrčiť sa vyzerá ako

(2.15)

Kde cm - podmienená deformačná plocha (priemet kontaktnej plochy závitu skrutky a matice na rovinu kolmú na os):

A cm= , kde (pozri obr. 2.9) d 2 - dĺžka jednej otáčky pozdĺž stredného priemeru;

h- pracovná výška profilu závitu;

z =- počet závitov v matici

výška ; R– stúpanie závitu (podľa normy je uvedená pracovná výška profilu závitu N 1 ).

Výpočet voľných skrutiek. Typickým príkladom voľného závitového spojenia je uchytenie háku zdvíhacieho mechanizmu (obr. 2.21). Vplyvom gravitácie bremena Q pracuje háčiková tyč v ťahu a úsek oslabený navliekaním bude nebezpečný. Statická pevnosť závitovej tyče (ktorá je vystavená objemovému namáhaniu) je približne o 10 % vyššia ako u hladkej tyče bez závitu. Z tohto dôvodu sa výpočet závitovej tyče bežne vykonáva podľa vypočítaného priemeru d p = d- 0,9R, Kde R- stúpanie závitu s menovitým priemerom d(približne.

kde je vypočítaná plocha vypočítaného priemeru závitu

(2.20)

Na základe zistenej hodnoty konštrukčného priemeru sa vyberie štandardný upevňovací závit.

Výpočet utiahnutých skrutiek. Príkladom utiahnutého skrutkového spojenia je upevnenie krytu poklopu s tesnením, kde na zabezpečenie tesnosti nie je

je potrebné vytvoriť uťahovaciu silu F 3 (obr. 2.22). V tomto prípade hriadeľ skrutky

je natiahnutá silou F a momentom skrútená Pán v rezbárstve.

Napätie v ťahu , maximálne torzné napätie, kde je moment odolnosti proti krúteniu časti skrutky; Nahradením priemerných hodnôt uhla stúpania závitu, zníženého uhla trenia pre metrické upevňovacie závity a použitím energetickej teórie pevnosti získame

(2.21)

Teda podľa silového stavu , píšme

kde F z. vypočítané = 1,3F pre - dovolené napätie v ťahu.

Skrutka pracujúca v ťahu a krútení sa však môže podmienečne vypočítať len pre napnutie axiálnou silou zväčšenou 1,3-krát. Potom

(2.23)

Tu je vhodné poznamenať, že spoľahlivosť utiahnutého skrutkového spoja do značnej miery závisí od kvality montáže, t. j. od kontroly utiahnutia pri továrenskej montáži, prevádzke a oprave. Uťahovanie sa riadi buď meraním deformácie skrutiek alebo špeciálnych pružných podložiek, alebo pomocou momentových kľúčov.

Výpočet utiahnutého skrutkového spoja zaťaženého vonkajšou osovou silou. Príkladom takéhoto spojenia je priskrutkovanie veka nádrže pracujúcej pod vnútorným tlakom (obr. 2.23). Pre takéto spojenie je mimoriadne dôležité zabezpečiť, aby medzi krytom a nádržou nebola pri zaťažení R z žiadna medzera, inými slovami, aby sa spoj neotvoril. Uveďme si nasledujúci zápis: Q je počiatočná uťahovacia sila skrutkového spoja; R je vonkajšia sila na skrutku; F je celkové zaťaženie jednej skrutky (po pôsobení vonkajšej sily R).

Je zrejmé, že pri počiatočnom utiahnutí skrutkového spoja silou F 3 sa skrutka natiahne a spojované časti sa stlačia. Po pôsobení vonkajšej axiálnej sily R dostane skrutka dodatočné predĺženie, v dôsledku čoho sa utiahnutie spojenia mierne zníži.

, pričom problém jeho určenia nie je možné riešiť statickými metódami.

Pre pohodlie výpočtov sme sa dohodli na predpoklade, že časť vonkajšieho zaťaženia R je vnímaná skrutkou, zvyšok spájanými časťami a uťahovacia sila zostáva pôvodná, potom kde je koeficient vonkajšieho zaťaženia, ktorý ukazuje, ktorá časť vonkajšie zaťaženie je vnímané skrutkou.

Pretože pred otvorením spoja sú deformácie skrutky a častí, ktoré sa spájajú vplyvom sily R, rovnaké, môžeme napísať:

, (2.24)

Podľa toho poddajnosť (ᴛ.ᴇ. deformácia pod vplyvom sily 1 N) skrutky a spájaných častí. Z poslednej rovnosti získame

(2.25)

Z toho je zrejmé, že so zvyšovaním poddajnosti spájaných častí, s konštantnou poddajnosťou skrutky, sa koeficient vonkajšieho zaťaženia zvýši. Z tohto dôvodu pri pripájaní kovové časti bez tesnení vezmite = 0,2...0,3 a s elastickými tesneniami - = 0,4...0,5.

Je zrejmé, že otvorenie spoja nastane vtedy, keď sa časť vonkajšej sily vnímanej spájanými časťami ukáže ako rovná počiatočnej uťahovacej sile ᴛ.ᴇ. na (1-). R=Q. Neotvorenie spoja bude zaručené, ak

(2.26)

kde K je koeficient utiahnutia; pri konštantnom zaťažení K = 1,25...2, pri premenlivom zaťažení K = 1,5...4.

Predtým sme zistili, že výpočet utiahnutých skrutiek sa vykonáva pomocou uťahovacej sily Q zvýšenej 1,3-krát. Z tohto dôvodu je v posudzovanom prípade vypočítaná sila

(2.27)

a konštrukčný priemer skrutky

(2.28)

Výpočet závitových spojov - koncepcia a typy. Klasifikácia a vlastnosti kategórie "Výpočet závitových spojov" 2014, 2015.

Skutočný charakter rozloženia zaťaženia pozdĺž závitov matice, okrem vyššie uvedených dôvodov, závisí od výrobných chýb a stupňa opotrebenia závitu, čo sťažuje určenie skutočných napätí. Preto sa v praxi výpočty pevnosti závitov nevykonávajú na základe skutočných napätí, ale na základe podmienených napätí, ktoré sa porovnávajú s prípustnými napätiami stanovenými na základe skúseností.

Pri určovaní podmienených napätí sa predpokladá, že všetky závity závitu sú zaťažené rovnomerne (pozri obr. 2.15, a).

Je obvyklé vypočítať vlákno:

tlakovými napätiami na povrchu skrutky (obr. 2.17),

šmykovými napätiami v úseku ab skrutky alebo matice.

Podmienky pre pevnosť závitu na základe napätia ložiska:

kde z=H/S je počet závitov v matici s výškou H.

Vzorec (2.11) je spoločný pre skrutku a maticu. Odvodenie vzorca je jednoduché a nevyžaduje ďalšie vysvetlenie. Študentom sa odporúča, aby všetky elementárne transformácie tu a v iných podobných prípadoch vykonali sami.

Podmienky pre pevnosť závitu na základe šmykového napätia:

pre skrutku,

pre orech, (2.12)

kde K=ab/S alebo K=ce/S – koeficient zohľadňujúci typ závitu;

pre trojuholníkový závit K 0,8; pre pravouhlý závit K=0,5; pre trapézový závit K=0,65.

Ak je materiál skrutky a matice rovnaký, potom sa na základe šmykových napätí vypočíta iba skrutka, pretože dd 1

Rovnaká pevnosť závitu a hriadeľa skrutky je jednou z podmienok priradenia výšky štandardných matíc. Takže napríklad, ak vezmeme medze klzu materiálu pre ťah a šmyk ako medzné napätia a vezmeme do úvahy, že  t  0,6 t, napíšeme podmienky pre rovnakú pevnosť závitu v šmyku a skrutkovej tyče pre napätie vo forme

(2.13)

preto pri K=0,8 dostaneme N  0,5d 1

Tu

- ťahové napätie v drieku skrutky, vypočítané približne podľa vnútorného priemeru závitu d 1.

Vzhľadom na zložitosť namáhaného stavu závitu, ako aj zabezpečenie zoslabenia závitu oderom a možného poškodenia pri skrutkovaní sa berie výška štandardných upevňovacích matíc.

Z rovnakých dôvodov sú stanovené normy pre hĺbku zaskrutkovania skrutiek a čapov do častí:

V oceľových častiach H 1  d, v liatine a silumine H 1  1,5 d.

V tomto prípade pevnosť závitu prevyšuje pevnosť tyče.

Štandardné výšky matíc a hĺbky skrutiek eliminujú potrebu výpočtov pevnosti závitu na štandardných spojovacích prvkoch.

Výpočet pevnosti tyče skrutky (svorníka) pri návrhových prípadoch zaťaženia. Skrutka je utiahnutá, vonkajšie zaťaženie otvára spoj dielov.

Príkladom môžu byť skrutky na upevnenie vrchnákov nádrží zaťažených tlakom kvapaliny alebo plynu (obr. 2.18). Dotiahnutie skrutiek by malo zabezpečiť tesnosť spoja alebo neotváranie spoja pri zaťažení. Problém rozloženia zaťaženia medzi prvky takéhoto spojenia je staticky neurčitý a rieši sa s prihliadnutím na deformáciu týchto prvkov. Označme: P zat – sila utiahnutia skrutky; Р = R/z – vonkajšie zaťaženie spoja na skrutku (z – počet skrutiek).

Je ľahké pochopiť, že po pôsobení vonkajšieho zaťaženia P na utiahnutý spoj sa skrutka dodatočne natiahne o určitú hodnotu  P a o rovnakú hodnotu sa zníži deformácia dielov v tlaku. To znamená, že iba časť vonkajšieho zaťaženia dodatočne zaťažuje skrutku a druhá časť ide na uvoľnenie spoja.

Ak označíme  - faktor vonkajšieho zaťaženia(berie do úvahy časť zaťaženia P, ktorá dopadá na skrutku), potom sa dodatočné zaťaženie skrutky bude rovnať P a zníženie utiahnutia spoja bude (1 - ) P.

Hodnota súčiniteľa  je určená podmienkou rovnosti dodatočných deformácií svorníka a častí (podmienka kompatibility deformácií)

 Р = Р b = (1-)Р d, (2,14)

kde  b je poddajnosť skrutky rovná jej deformácii pri zaťažení 1 kgf;  d – celková zhoda spájaných častí.

Od rovnosti (1,23)

prírastok zaťaženia skrutky

Rb = P; (2,16)

vypočítané (celkové) zaťaženie skrutky

Р р = Р zat + Р; (2,17)

zvyškové utiahnutie spoja z jednej skrutky

R st = R zat – (1-)R. (2,18)

Zničenie závitov závitov- pomerne bežný typ poruchy . Hlavnými konštrukčnými parametrami, ktoré určujú silu závitov, sú priemer d a stúpanie závitu R, polomer koreňa závitu R, výška N(dĺžka líčenia), pomer mechanické vlastnosti materiálov skrutky (čapy) a matice(trupy). Priečne rozmery sú menej ovplyvnené orechy(veľkosť kľúča).

Vplyv konštrukčných parametrov závitu na jeho pevnosť

Ryža. 1. Závislosť minimálneho zlomu
sila od relatívnej dĺžky zaskrutkovania matice

Vplyv materiálu skrutiek a matíc na pevnosť závitov

Ryža. 2. Závislosť nosnosti
na relatívnej dĺžke make-upu H/d
pri rôznej pevnosti materiálu
závitové časti.
1 - σ in = 1660 MPa; 2 - σ in = 1210 MPa;
3 - σ in = 930 MPa; 4 - σ in = 740 MPa;
5 - σ in = 680 MPa.

Vzťah medzi mechanickými vlastnosťami materiálov výrazne ovplyvňuje proces deformácie a charakter deštrukcie závitov závitov, preto sa nosnosť spojov pri rôznych pomeroch σ c, b / σ c, d výrazne mení, a to aj pri materiáloch skrutiek a matíc s rovnakými modulmi pružnosti.

Na obr. Obrázok 2 ukazuje krivky zmeny zaťaženia, ktoré ničí spojenia, v závislosti od pomeru H/d s rôznymi pevnosťami svorníkov vyrobených z ocele 30KhGSA (linky 1 A 2 ) a 45 (riadky 3 , 4 , A 5 ). Materiál matíc je oceľ 45 (σ in = 680 MPa). Je vidieť, že zvýšením pevnosti v ťahu kolíkov zo 740 na 1660 MPa ( ), môžete viac ako zdvojnásobiť nosnosť pripojovacieho závitu. Táto okolnosť, vysvetlená zlepšením podmienok deformácie závitov matice (presunutie zaťaženia k základni závitov matice), by sa mala vziať do úvahy pri navrhovaní a výrobe spojov liatych, kovaných alebo lisovaných puzdier vyrobených z tvárnej hmoty. a spravidla nízkopevnostné nízkouhlíkové ocele (napríklad spoje jadier -pusov atď.).

Ryža. 3.

Rezanie závitov čapu alebo svorníka

Všimnite si, že keď σ c, b ≈σ c, d, pozorujeme rez vlásenkových závitov; pevnosť spojenia je v tomto prípade nízka (krivka 4 na obr. 2).

Zrútenie vlákien

Keď σ c, b ≈ (1,3 ... 1,8) σ c, d, spojenie sa zničí v dôsledku plastového ohýbania závitov (rozdrvenie); V tomto prípade často vylomia zákruty jednej z častí. Nosnosť spoja je v tomto prípade oveľa vyššia ako v prípade zničenia odrezaním závitov čapu. to znamená dôležitý praktický záver: pre úplnejšie využitie mechanických charakteristík matíc (častí tela) je potrebné použiť skrutky (čapy) vyrobené z materiálu s σ c,b ≥1,3σ c,d. Pre veľké priemery závitov ( d>24 mm), v dôsledku plastického ohýbania sa pozoruje súčasné zlomenie závitov skrutky a matice.

Strih otáčok matice: najväčšia pevnosť

Keď σ c,b >2σ c, d spojenia v dôsledku toho sú zvyčajne zničené odrezanie závitov matice; sila je najväčšia (krivka 1 na obr. 2). Na obr. Obrázok 3 znázorňuje diagramy deformácie závitov (výkresy rezov) spojov oceľové skrutky M16 (σ c, b = 880 MPa) s oceľovými maticami (σ c, d = 435 MPa) pri stupňovitom zaťažovaní až do porušenia. Podľa závislostí znázorňujúcich zmenu relatívnej deformácie spoja (pozdĺž závitovej časti) sa malé plastické deformácie v závite prejavujú už pri namáhaniach dosahujúcich 40 % deštruktívnych. Intenzívny rast plastických deformácií začína pri napätiach σ = (0,7...0,9) σ t; deštrukcia je veľmi prudká a je sprevádzaná zvýšením teploty v kĺbe na 60°C.

Ak sú oceľové svorníky priskrutkované k telesám vyrobeným z ľahkých materiálov, napríklad zliatin hliníka a horčíka, potom so zvyšujúcou sa pevnosťou materiálu svorníkov rastie aj nosnosť závitov takýchto spojov.

Záver

Pevnosť závitu závitu je teda ovplyvnená oboma konštrukčnými geometrickými faktormi: priemer, stúpanie závitu, dĺžka závitu, polomer koreňa závitu R a ich vzájomné vzťahy, ako aj materiál oboch častí, ktoré sa spájajú.

Pevnosť závitu sa zvyšuje s jeho priemerom, stúpaním, výškou matice a pevnosťou materiálu skrutky (čapu). Najväčšiemu zaťaženiu odolávajú závitové spoje, pri ktorých sa strihom ničí závity matice.

Bibliografia

Iosilevich G.B., Stroganov G.B., Sharlovsky Yu.V. Uťahovanie a uzamykanie závitových spojov.. - M.: Mashinostroenie, 1985. - 224 s.
Wiegand H., Illgner K.-H., Striegens P. Einfluss der Gewingesteigerung auf die Haltbarkeit von Schraubenverbindungen bei zugiger Beanspruhung // Industrie Anzeiger, 1969, Nr. 38.
Yakushev A.I. Vplyv výrobnej technológie a základných parametrov závitu na pevnosť závitových spojov.. - M.: Oborongiz, 1956.

Vstupom na túto stránku automaticky súhlasíte

Hlavné typy zničenia závitov: upevňovacie závity - rezanie závitov, bežiace závity - opotrebovanie závitov. V súlade s tým sú hlavnými výkonnostnými a výpočtovými kritériami pre upevňovacie závity pevnosť spojená s napätím v šmyku t a pre bežiace závity - odolnosť proti opotrebovaniu spojená s napätím ložísk s cm, obr. 1.17.

Podmienky pre pevnosť závitu na základe šmykového napätia:

Pre skrutku,

pre orech (1.12)

kde H je výška matice alebo hĺbka zaskrutkovania skrutky do dielu; K = ab/p alebo K = ce/p - koeficient úplnosti závitu; Km je koeficient nerovnomernosti zaťaženia pozdĺž závitov závitu.

Pre trojuholníkový závit K » 0,87, pre pravouhlý závit K » 0,5 pre trapézový závit K » 0,65; K m "(0,6...0,7) - veľké hodnoty pre s vv / s vg > 1,3, kde s vv je pevnosť v ťahu materiálu skrutky a s vg je matica. Toto s tým súvisí. že zvýšenie relatívnej pevnosti materiálu skrutky umožňuje vo väčšej miere využiť plastické deformácie v závite na vyrovnanie rozloženia zaťaženia pozdĺž závitov závitu.

Ak sú materiály skrutky a matice rovnaké, potom sa zo šmykových napätí vypočíta iba závit skrutky, pretože d 1

Podmienka odolnosti bežiacich závitov proti opotrebovaniu na základe namáhania ložiska: (1.13)

kde z = H/p je počet pracovných otáčok (napríklad počet otáčok matice). Vzorec (1.13) je všeobecný pre skrutku a maticu. Koeficient Km sa tu rovná jednote, berúc do úvahy zábeh bežiacich závitov a za predpokladu, že prípustné napätia sa berú v súlade s nahromadenými prevádzkovými skúsenosťami.

Výška matice a hĺbka skrutkovania. Rovnaká pevnosť závitu a hriadeľa skrutky je jednou z podmienok priradenia výšky štandardných matíc.

Napríklad, ak vezmeme medze prieťažnosti materiálu v ťahu a šmyku ako medzné napätia a vezmeme do úvahy, že t T = 0,6 s T,

Zapíšme si podmienky pre rovnakú pevnosť závitu v šmyku a skrutkovej tyče v ťahu v tvare:

F/[(p/4)d 1 2 ] - ťahové napätie v drieku skrutky, vypočítané približne podľa vnútorného priemeru závitu d 1. preto pri K = 0,87 a Km » 0,6 dostaneme:

H » 0,8 d1. (1,14)

V súlade s tým sa výška normálnych štandardných upevňovacích matíc považuje za H » 0,8d. (1,15)

Okrem normálnych, štandard poskytuje vysoké H » 1,2 d nízke H » 0,5 d matice.

Pretože d > d 1 (napríklad pre hlavný upevňovací závit d » 1,2 d 1), pevnosť závitu pre normálne a vysoké matice prevyšuje pevnosť skrutkovacej tyče.

Z rovnakých dôvodov je nastavená hĺbka zaskrutkovania skrutiek a čapov do dielov: v oceľových dieloch H 1 = d, v liatinových a siluminových H 1 » 1,5d.

Štandardné výšky matíc (okrem nízkych) a hĺbky skrutiek eliminujú potrebu výpočtov pevnosti závitu na štandardných spojovacích prvkoch

Výpočet pevnosti tyče skrutky (svorníka) pri rôznych prípadoch zaťaženia

Skrutková tyč je zaťažená iba vonkajšou ťahovou silou. Príkladom je odrezaná časť háku na zavesenie bremena (obr. 1.18). Časť oslabená závitom je nebezpečná. Plocha tejto časti sa odhaduje približne podľa vnútorného priemeru d 1 závitu. Podmienka pevnosti pre ťahové napätia v tyči:

Skrutka je utiahnutá, nedochádza k žiadnemu vonkajšiemu zaťaženiu. Príkladom sú skrutky na upevnenie nezaťažených utesnených krytov a poklopov telies strojov (obr. 1.19). V tomto prípade je hriadeľ skrutky natiahnutý axiálnou silou Fzat vznikajúcou pri uťahovaní skrutky a je skrútený momentom sily v závite Tp -cm. vzorec (1.5), kde F sa rovná Fzat. Ťahové napätie od sily F zat, Torzné napätie od momentu Т Р: Požadovaná uťahovacia sila

F zat = A s cm, kde A je plocha spoja dielov na skrutku, s cm je tlakové napätie v spoji dielov, ktorého hodnota sa volí podľa podmienok tesnosti.

Pevnosť skrutky je určená ekvivalentným napätím: (1.18)

Výpočty ukazujú, že pre štandardné metrické závity je s eq = 1,3 s.

To vám umožňuje vypočítať pevnosť skrutiek pomocou zjednodušeného vzorca:

(1.19) Výpočty a prax ukázali, že skrutky so závitom menším ako M10....M12 sa môžu zničiť, ak sú nedostatočne utiahnuté. Napríklad skrutka so závitom MB je zničená silou na kľúč rovnajúcou sa 45 N; Závitová skrutka M12 - so silou 180 N

Preto sa v strednom a ťažkom strojárstve neodporúča používať skrutky malých priemerov (menej ako M8). Niektoré továrne používajú na uťahovanie skrutiek špeciálne momentové kľúče. Tieto kľúče vám pri uťahovaní neumožňujú použiť väčší krútiaci moment, ako je špecifikovaný. V tomto prípade nie je potrebné obmedzovať použitie skrutiek malých priemerov (za predpokladu, že sa v prevádzke používajú aj kľúče obmedzujúce krútiaci moment).

Skrutkový spoj je zaťažený silami, ktoré pohybujú dielcami v spoji

Podmienkou spoľahlivosti spojenia je absencia pohybu dielov v spoji. Dizajn je možné vyrobiť v dvoch verziách. Svorník sa inštaluje s medzerou (obr. 1.20). V tomto prípade je vonkajšie zaťaženie F vyvážené trecími silami v spoji, ktoré vznikajú pri uťahovaní skrutky. Bez utiahnutia skrutiek sa časti môžu posunúť o hodnotu medzery, čo je neprijateľné. Vzhľadom na rovnováhu časti 2 získame podmienku pre absenciu posunu častí

F £ iF TP = iF zat f, alebo F zat = K F / (if);

kde i je počet rovín spoja dielov (na obr. 1.20-i = 2; pri spojení iba dvoch dielov i = 1); f - koeficient trenia v spoji (f = 0,15...0,20 pre suché liatinové a oceľové povrchy);

K - bezpečnostný faktor (K = 1,3...1,5 pri statickom zaťažení, K = 1,8...2 pri premenlivom zaťažení).

Pevnosť skrutky sa hodnotí pomocou ekvivalentného napätia - vzorca (1.19).

Všimnite si, že v spojení, v ktorom je skrutka umiestnená s medzerou. na skrutku sa neprenáša žiadne vonkajšie zaťaženie. Preto sa skrutka počíta len pre statickú pevnosť z hľadiska sily utiahnutia, a to aj pri premenlivom vonkajšom zaťažení. Voľbou zvýšených hodnôt bezpečnostného faktora sa zohľadňuje vplyv premenlivého zaťaženia.

Skrutka je inštalovaná bez vôle (obr. 1.21).

V tomto prípade je otvor kalibrovaný výstružníkom a priemer hriadeľa skrutky je vyrobený s toleranciou, ktorá zaisťuje lícovanie bez vôle. Pri výpočte pevnosti spoja sa neberú do úvahy trecie sily v spoji, pretože uťahovanie skrutky nie je potrebné. Vo všeobecnosti je možné skrutku nahradiť kolíkom. Hriadeľ skrutky sa vypočíta na základe šmykového a tlakového namáhania.

Stav pevnosti v šmyku:

(1.21), kde i je počet rovín rezu (na obr. 1.21a i = 2; pri spojení iba dvoch dielov - obr. 1.21 b i = 1). Zákon rozloženia napätí v ložiskách pozdĺž valcovej kontaktnej plochy svorníka a súčiastky (obr. 1.22) je ťažké presne stanoviť.

To do značnej miery závisí od presnosti rozmerov a tvaru spojovacích častí. Preto sa výpočty drvenia vykonávajú pomocou podmienených napätí. Diagram skutočného rozloženia napätia (obr. 1.22, a) je nahradený podmieneným s rovnomerným rozdelením napätia (obr. 1.22, b).

Navyše pre strednú časť (a pri spojení iba dvoch častí)

alebo pre extrémne detaily

Pre skrutku a diely platia vzorce (1.22). Z dvoch hodnôt s c m v týchto vzorcoch sa pevnosť vypočíta pomocou najväčšej a prípustné napätie je určené slabším materiálom skrutky alebo časti.

Pri porovnaní možností inštalácie skrutiek s vôľou a bez nej (pozri obr. 1.20 a 1.21) je potrebné poznamenať, že prvá možnosť je lacnejšia ako druhá, pretože nevyžaduje presné rozmery skrutky a otvoru. Prevádzkové podmienky skrutky inštalovanej s medzerou sú však horšie ako podmienky bez medzery.

Takže napríklad, ak vezmeme koeficient trenia na spoji častí f » 0,2, K = 1,5 a i = 1, zo vzorca (1.20) dostaneme F späť = 7,5F. teda návrhové zaťaženie skrutka s vôľou 7,5-násobku vonkajšieho zaťaženia. Okrem toho v dôsledku nestability koeficientu trenia a obtiažnosti kontroly uťahovania nie je prevádzka takýchto spojení pri šmykovom zaťažení dostatočne spoľahlivá.

Príkladom sú skrutky na upevnenie vrchnákov nádrží zaťažených tlakom p kvapaliny alebo plynu (obr. 1.23). Dotiahnutie skrutiek by malo zabezpečiť tesnosť spoja alebo neotváranie spoja pri zaťažení. Problém rozloženia zaťaženia medzi prvky takéhoto spojenia je staticky neurčitý a rieši sa s prihliadnutím na deformácie týchto prvkov. Označme: F zat - sila utiahnutia skrutky; F=R/z - vonkajšie zaťaženie spoja na skrutku (z - počet skrutiek).

Po aplikácii vonkajšieho zaťaženia na utiahnuté spojenie; skrutka sa dodatočne natiahne o určitú hodnotu D a o rovnakú hodnotu sa zníži deformácia dielov v tlaku.

Pre jednoduchosť môžeme povedať, že iba časť vonkajšieho zaťaženia dodatočne zaťažuje skrutku a druhá časť ide na odľahčenie spoja.

Ak označíme c ako koeficient vonkajšieho zaťaženia (berie sa do úvahy; prírastok zaťaženia skrutky v zlomkoch sily F, potom sa dodatočné zaťaženie skrutky rovná c F a zníženie utiahnutia spoja je (1-c) F

Hodnota súčiniteľa c je určená podmienkou rovnosti dodatočných deformácií svorníka a dielov (podmienka kompatibility deformácií):

(1.23);

kde lb je poddajnosť skrutky rovná jej deformácii pri jedinom zaťažení; l d - celková zhoda spájaných častí.

Od rovnosti (1,23)

(1.24)

(1.25)

vypočítané (celkové) zaťaženie skrutky

(1.26)

a zvyškové utiahnutie spoja z jednej skrutky

(1.27)

Hlavným kritériom pre výkon upevnenia závitových spojov je pevnosť. Štandardné upevňovacie prvky sú navrhnuté tak, aby boli rovnako pevné v nasledujúcich parametroch: šmykové a tlakové napätia v závite, ťahové napätia v závitovej časti tyče a v mieste prechodu tyče do hlavy. Preto sa pre štandardné upevňovacie prvky berie ako hlavné výkonnostné kritérium pevnosť v ťahu tyče a pomocou nej sa vypočítavajú skrutky, skrutky a čapy. Výpočty pevnosti závitu sa vykonávajú ako test len pre neštandardné diely.

Výpočet závitu. Ako ukázali štúdie N. E. Žukovského, interakčné sily medzi závitmi skrutky a matice sú rozdelené do značnej miery nerovnomerne, skutočný charakter rozloženia zaťaženia pozdĺž závitov však závisí od mnohých faktorov, ktoré je ťažké vziať do úvahy ( výrobné nepresnosti, stupeň opotrebenia závitu, materiál a prevedenie matice a skrutky atď.). Preto sa pri výpočte závitu bežne predpokladá, že všetky závity sú zaťažené rovnako a nepresnosť vo výpočte je kompenzovaná hodnotou prípustného napätia.

Podmienka pevnosti závitu v šmyku má tvar

kde Fin je axiálna sila; A cf je oblasť rezu rezných závitov; pre skrutku (pozri obr.2.9)

Ak sú skrutka a matica vyrobené z rovnakého materiálu, potom sa skontroluje iba skrutka na strihanie, pretože d 1< D.

Stav pevnosti závitu pokrčiť sa vyzerá ako

(2.15)

Kde cm - podmienená deformačná plocha (priemet kontaktnej plochy závitu skrutky a matice na rovinu kolmú na os):

A cm= , kde (pozri obr. 2.9) d 2 - dĺžka jednej otáčky pozdĺž stredného priemeru;

h- pracovná výška profilu závitu;

z =- počet závitov v matici

ty si stý ; R- stúpanie závitu (podľa normy je uvedená pracovná výška profilu závitu N 1 ).

Výpočet voľných skrutiek. Typickým príkladom voľného závitového spojenia je uchytenie háku zdvíhacieho mechanizmu (obr. 2.21). Vplyvom gravitácie bremena Q pracuje háčiková tyč v ťahu a úsek oslabený navliekaním bude nebezpečný. Statická pevnosť tyče so závitom (ktorá prechádza stavom objemového napätia) je približne o 10 % vyššia ako u hladkej tyče bez závitu. Preto sa výpočet závitovej tyče podmienečne vykonáva podľa vypočítaného priemeru d p = d - 0,9R, Kde R- stúpanie závitu s menovitým priemerom d(približne sa to dá zvážiť d p d 1). Podmienkou pevnosti v ťahu odrezanej časti prúta je tvar

kde je vypočítaná plocha je vypočítaný priemer závitu

(2.20)

Na základe zistenej hodnoty konštrukčného priemeru sa vyberie štandardný upevňovací závit.

Výpočet utiahnutých skrutiek. Príklad vyťahaného skrutkové spojenie- upevnenie veka poklopu tesnením, kde pre zaistenie tesnosti je potrebné vytvoriť uťahovaciu silu F 3 (obr. 2.22). V tomto prípade je tyč závory natiahnutá silou F a momentom skrútená Pán v rezbárstve.

(2.21)

Teda podľa silového stavu , píšme

kde F z. vypočítané = 1,3F pre - dovolené napätie v ťahu.

Skrutka pracujúca v ťahu a krútení môže byť teda podmienene vypočítaná iba pre napnutie axiálnou silou zvýšenou 1,3-krát. Potom

(2.23)

Výpočet utiahnutého skrutkového spoja zaťaženého vonkajšou osovou silou. Príkladom takéhoto spojenia je priskrutkovanie veka nádrže pracujúcej pod vnútorným tlakom (obr. 2.23). Pre takéto spojenie je potrebné zabezpečiť, aby medzi vekom a nádržou nebola pri zaťažení R z žiadna medzera, inými slovami, aby sa spoj neotvoril. Uveďme si nasledujúci zápis: Q je počiatočná uťahovacia sila skrutkového spoja; R je vonkajšia sila na skrutku; F je celkové zaťaženie jednej skrutky (po pôsobení vonkajšej sily R).

, a problém jeho určenia statickými metódami nie je vyriešený.

Pre pohodlie výpočtov sme sa dohodli, že predpokladáme, že časť vonkajšieho zaťaženia R je vnímaná skrutkou, zvyšok - spájanými časťami a uťahovacia sila zostáva pôvodná, potom , kde je koeficient vonkajšieho zaťaženia, ktorý ukazuje akú časť vonkajšieho zaťaženia skrutka vníma.

Pretože pred otvorením spoja sú deformácie skrutky a spojených častí pod vplyvom sily R rovnaké, môžeme napísať:

, (2.24)

Podľa toho poddajnosť (t.j. deformácia pod vplyvom sily 1 N) skrutky a spájaných častí. Z poslednej rovnosti získame

(2.25)

Z toho je zrejmé, že so zvyšovaním poddajnosti spájaných častí, s konštantnou poddajnosťou skrutky, sa koeficient vonkajšieho zaťaženia zvýši. Preto pri pripájaní kovových častí bez tesnení vezmite = 0,2...0,3 a s elastickými tesneniami - = 0,4...0,5.

Je zrejmé, že k otvoreniu spoja dôjde vtedy, keď sa časť vonkajšej sily vnímanej spájanými časťami ukáže ako rovná počiatočnej uťahovacej sile, t.j. na (1-). R = Q. Neotvorenie spoja bude zaručené, ak

(2.26)

kde K je faktor utiahnutia; pri konštantnom zaťažení K = 1,25...2, pri premenlivom zaťažení K = 1,5...4.

Predtým sme zistili, že výpočet utiahnutých skrutiek sa vykonáva pomocou uťahovacej sily Q zvýšenej 1,3-krát. Preto v posudzovanom prípade vypočítaná sila