Общие сведения. В настоящей работе изучается болтовое соединение, нагруженное силой, сдвигающей детали в стыке

В настоящей работе изучается болтовое соединение, нагруженное силой, сдвигающей детали в стыке. Болт установлен в отверстие с зазором Δ (рис. 1.1) и подвергается предварительной затяжке, в результате которой между деталями возникают силы трения, препятствующие сдвигу деталей (раскрытию стыка).

D

Рис. 1.1. Схема нагружения соединения

Момент завинчивания гайки, который нужно приложить к ключу (см. рис. 1.1):

где Т _р – момент сил трения в резьбе;

T _т– момент сил трения на опорном торце гайки.

В развернутом виде

(1.1)

где f _т – коэффициент трения на торце гайки. Для условий опыта (сравнительно гладкие поверхности торца гайки и детали при наличии следов смазки) можно принять f _т = 0,2;

β – угол подъема винтовой линии на среднем диаметре, определяемый по уравнению

, .

Здесь р и d ₂соответственно шаг и средний диаметр резьбы, для опыта принимаемые из табл. 1.1.

Таблица 1.1

Геометрические параметры резьбы (ГОСТ 24705-81)

Диаметр резьбы d, мм	Шаг p, мм	Средний диаметр d 2, мм	Внутренний диаметр d 1, мм	Внутренний диаметр болта по дну впадины d 3, мм
	1,75	10,863	10,106	9,853
1,5	11,026	10,376	10,160
1,0	11,350	10,917	10,773
	2,0	12,701	11,835	11,546
1,5	13,026	12,376	12,160
1,0	13,350	12,917	12,773
	2,0	14,701	13,835	13,546
1,5	15,026	14,376	14,160
1,0	15,350	14,917	14,773

Окончание табл. 1.1

	2,5	16,376	15,294	14,933
1,0	17,350	16,917	16,773
	2,5	18,376	17,294	16,933
1,0	19,350	18,917	18,773

Средний диаметр опорной кольцевой площадки

.

Здесь D ₁ – наружный диаметр опорного торца гайки, равный размерузева ключа;

d ₀ – диаметр отверстия под болт (см. рис. 1.1). D ₁и d ₀следует получить непосредственным измерением.

Приведенный коэффициент трения в резьбе

где f _р – действительный коэффициент трения в резьбе. Для условий опыта принять f _р = 0,15. Угол профиля метрической резьбы α = 60°. Приведенный угол трения φ₁= arctg f ₁.

Наименьшая сила затяжки определяется по уравнению

(1.2)

где F_r – сдвигающая сила (см. рис. 1.1);

f ₀ – коэффициент трения между соединяемыми деталями; его можно принять 0,15…0,2 при шероховатости поверхностей Ra = 2,5 со следами смазки;

i – число стыков (поверхностей трения).

Сопоставляя уравнения (1.1) и (1.2), получим

, (1.3)

или иначе

где − постоянная величина для заданных условий опыта. Таким образом, F_r = f(T _зав ) является линейной зависимостью.

На величину момента завинчивания T _завсущественное влияние оказывают коэффициенты трения в резьбе и на торце гайки. Эти коэффициенты зависят от материала трущихся поверхностей и их шерохова­тости, наличия смазки и загрязнений и т.д. Поэтому теоретичес­кое значение T _завне всегда отвечает его действительной величи­не, определяемой экспериментальным путем.

В практике знание величины T _завчасто необходимо, например, для проектирования и настройки динамометрических ключей.

Для предотвращения остаточных деформаций, которые могут возникнуть в стержне болта, необходимо ограничить силу затяжки. Эта сила определяется исходя из условия прочности стержня болта на одновременное растяжение и скручивание по уравнению

. (1.4)

Для болта, изготовленного из стали Ст 3, принимаем σ_т = 220 МПа,коэффициент безопасности n = 2 и 1,3 – коэффициент, учитывающий скручивание тела болта.

Тогда допускаемое напряжение

МПа.

Для болта М16 d ₃ = 14,160 мм (см. табл. 1.1):

Н.

Этому значению [ F _зат]отвечает максимально допустимый момент завинчивания, определяемый по уравнению (1.1).

Экспериментальное значение силы F_r может быть определено по уравнению

, (1.4)

где − тарировочный коэффициент, получаемый при деформировании пружины на силоизмерительной машине;

n − число делений индикатора динамометра.