книги из ГПНТБ / Серебренников Ю.Н. Детали машин учебник для авиационных специалистов

2. Напряженные болтовые соединения, в которых еще до приложения внешней нагрузки уже имеются так называе­ мые предварительные напряжения.

Ненапряженные болтовые соединения могут быть на­ груженными только одной осевой нагрузкой или осевой на­ грузкой и крутящим моментом.

Примером ненапряженных болтовых соединений с одной осевой нагрузкой может служить хвостовик грузового крю­ ка подъемного крана (рис. 114). В нем нагрузка Р (вес

поднимаемого груза) действует на резьбовое соединение только после того, как гайка при сборке была завинчена до соприкосновения с опорной поверхностью подвески.

Этот случай работы болтового соединения является са­ мым благоприятным, так'как оно работает только на осе­ вую нагрузку. Опасным сечением болта является сечение,

ослабленное резьбой. Расчет ведется на растяжение. Из уравнения прочности

_ Р г т

°Л

где г — —£

4 ’

определяют внутренний диаметр резьбы d{, зная который

по таблице 13 определяют наружный диаметр резьбы.

ЗОХГСА с допускаемым напряжением на растяжение [а ] = 1800 лгг/c.w2. Решение.

а) Определяем необходимую площадь поперечного сечения на­ резной части наконечника

К ненапряженным болтовым соединениям, нагруженным осевой нагрузкой и крутящим моментом, относятся соеди­ нения, подтягиваемые под нагрузкой. Например, болт, изо­ браженный на рис. 116, является ненапряженным, так жак

до приложения нагрузки Р в нем никаких напряжений нет.

Если после приложения нагрузки между соединяемыми де-

100

талями образовался зазор, для ликвидации которого про­ изводится подтягивание гайки под нагрузкой, то в этом случае, помимо осевой нагрузки Р, стержень болта будет испытывать деформацию кручения, возникающую в резуль­ тате действия сил трения на опорной поверхности гайки и между витками резьбы.

Влияние крутящего момента обычно учитывают увели­

101

Р е ш е н п е.

а) Определяем расчетную нагрузку

Ррасч = 1,3-40 = 52 кг.

б) Определяем напряжение в резьбе при затяжке тендера

°р = 0J74 = 300 Кг/СМ~-

Такое незначительное напряжение объясняется тем, что резьба рассчитана на рабочую нагрузку, которая возникает при управлении рулем высоты во время полета.

В процессе испытания тросовой системы производится вытяжка

время вытяжки не производится.

Напряженные болтовые соединения

Для обеспечения плотности и герметичности соединения болты ставят с предварительной затяжкой, т. е. при сборке так затягивают гайку ключом, что в теле болта еще до при-

стороны, сжатие соединяемых деталей или прокладки, на­ ходящейся между ними, с другой стороны — под действием сил упругости сжатых деталей происходит удлинение

102

стержня болта. Поскольку стержень болта получил какую-

то деформацию, в нем по закону Гука возникает и напря­

жение, вызванное силой Рзат (рис. 118,а), которая появи­ лась только за счет затяжки гайки, так как внешняя сила еще не действует.

После затяжки к болтовому соединению приклады­ вается внешняя сила Р, однако суммарное усилие, которое теперь будет испытывать болт, не равно сумме ранее дей­ ствующих нагрузок, а будет меньше ее, т. е. Рполн <^Рзат + Р.

Объясняется это тем, что сила Р вызывает новое удлине­ ние стержня болта, следовательно, степень предваритель­ ного сжатия деталей уменьшится и детали уже с меньшей силой будут растягивать болт, следовательно, Рзат умень­ шится по сравнению с той, которая была до приложения внешней силы (рис. 118,6).

Необходимая величина затяжки болтов зависит от упру­ гих свойств материалов самого болта и соединяемых дета­ лей или прокладки. Кроме того, необходимо учитывать тре­ ние в резьбе и в опорной поверхности гайки, возникающее

при затяжке и вызывающее появление крутящего момента. На практике для приближенных расчетов напряженных болтовых соединений эти факторы учитывают введением коэффициентов для определения расчетной нагрузки.

В случае расчета напряженного болтового соединения с прокладкой расчетная нагрузка определяется из соотно­ шения

Р=ЧЗР

*расч •

Вслучае расчета напряженного болтового соединения без прокладки расчетная нагрузка определяется по фор­

муле

р= 2 6Р

Вобоих случаях расчет ведется из условия прочности на

растяжение.

Примеры: 1. Определить напряжение в болтах крепления диска рабочего колеса турбины авиационного двигателя с валом турбины, если осевое усилие равно 1280 кг (крутящий момент воспринимают шлицы). Количество болтов — 8. Диаметр болтов — 12 мм. Болты поставлены без прокладки и затянуты (для обеспечения плотной посадки).

Решение.

а) Определяем расчетную нагрузку

Ррасч = 2,6Р = 2,6 ■ 1280 = 3328 кг.

103

б) Определяем напряжение в болтах (Д'=0,744 см2, табл. 12).

Ррасч 3328

=—Г~ = 8Д744 = °60 кг/см^

2.Определить диаметр шпилек крепления крышки сервомотора топ­ ливного насоса авиационного двигателя, если диаметр крышки0=50мм. Шпилек 12 штук. Наибольшее давление топлива р = 92 атм. Допу­

Решение.

ла!? „

Д= 12—Л = 9,42Ш.

4 1

в) Определяем диаметр шпильки из условия прочности на растя­ жение

Работа и расчет болтов на поперечную нагрузку

Если болтовое соединение несет нагрузку, действующую перпендикулярно оси болта (рис. 119), и если между бол­ том и соединяемыми деталями есть зазор, то в результате сдвига деталей может произойти изгиб болта, резко нару­ шающий всю работу болтового соединения.

Рис. 119. Работа болта на поперечную нагрузку

104

Tzd^

гДе ?ср~—площадь среза, определяется по диаме­

тру сечения, попавшего в плоскость среза.

Недостаток этого способа состоит в его дороговизне, ибо

он требует точной подгонки болтов к отверстиям.

2. Болты ставят с зазором между болтом и деталями, но для предупреждения сдвига деталей гайку болта затяги­ вают настолько, что силы трения, возникающие на поверх­ ности соединяемых деталей, уравновешивают поперечную нагрузку.

В этом случае болты рассчитываются как затянутые напряженные и в зависимости от величины коэффициента трения / между материалом деталей расчетная нагрузка может быть увеличена в 5—10 раз по сравнению с попереч­

ной нагрузкой.

Существенным недостатком этого способа являются слишком громоздкие размеры болтов.

Так как оба рассмотренных способа не дают рациональ­ ных решений, то при конструировании машин стремятся по возможности избегать нагружения болтовых соединений поперечной нагрузкой, а когда это сделать невозможно, применяют различные средства разгружения болтов от по­ перечной нагрузки.

105

В практике ремонта самолета в тех случаях, когда пре­ дел прочности материала ремонтируемой детали превосхо­

дит 120 кг1мм2 или когда общая толщина ремонтируемого пакета превышает пять диаметров заклепок, вместо закле­ пок применяют болтовые соединения, работающие на попе­ речную нагрузку^ В этом случае болты к отверстиям подго­ няют по 3 или 4 классу точности, затягивают их и во избежание самоотвинчивания раскернивают или расклепы­ вают.

Расчет таких болтов ведется так же, как расчет закле­ пок.

Средства разгружения болтов

от поперечной нагрузки

Наиболее распространенным средством разгружения болтов от поперечной нагрузки является устройство высту­ пов на одной из соединяемых деталей и соответствующих впадин на другой детали (рис 121).

Примером такого устройства может служить разгрузоч­ ный кольцевой выступ на фланце опорной цапфы авиацион­ ного двигателя, разгружающий от поперечной нагрузки шпильки крепления цапфы к корпусу компрессора (рис. 122).

Другим разгрузочным средством могут быть шпонки

(рис. 123, а) и штифты (рис. 123,6), воспринимающие всю поперечную нагрузку4

106

Нередко применяется установка разгрузочных втулок

(рис. 124).

В соединении диска турбины авиационного двигателя с валом для разгрузки болтов от поперечной нагрузки приме­ нены шлицевые соединения, которые и воспринимают на себя весь крутящий момент,

Втех случаях, когда нет возможности установить болт

снормальной головкой, применяют болты с костыльной, или

крюкообразной головкой (рис. 125).

107

Вследствие несимметричности головки болта получается внецентренное приложение нагрузки с эксцентриситетом, равным величине а.

Внецентренное приложение нагрузки может появиться и при установке обычных болтов, если головки их будут неплотно прилегать к детали из-за плохой обработки опор­

ной поверхности как самой головки болта, так и детали.

В результате неплотного прилегания опорной поверх­ ности гайки к стыковому узлу фюзеляжа наблюдались слу­ чаи разрушения болтов стыковки главной балки крыла с фюзеляжем (рис. 126). Наличие перекоса вызывает

неравномерное распределение напряжений в сечении болта,

болт разрушается по наиболее ослабленному сечению (по

впадинам резьбы в плоскости опорной поверхности гайки).

Как известно из курса «Сопротивление материалов»,

уравнение прочности при внецентренном растяжении имеет вид:

к

4Р

где —напряжение растяжения, °р ~ nd\ '

оИз— напряжение изгиба, ааз = Ра rdi

108