Расчет болтового соединения при переменной нагрузке

Части машин соединяют с помощью болтовых соединений. При переменной нагрузке прочность деталей с резьбой уменьшается вследствие усталости металла. Когда детали машин разрушаются из-за статических нагрузок, они испытывают большие деформации, поскольку напряжение превышает предел упругости. Статическое разрушение можно предупредить, так как оно заметно. Усталостное разрушение происходит внезапно, без каких-либо внешних признаков, что делает его очень опасным. Максимальные переменные напряжения значительно меньше предела прочности материала и ниже предела текучести. К отличительным особенностям разрушения от усталости металла относится многократное повторение напряжений. Исследования показывают, что 15 % разрушений приходится на сечения под головкой болта, 20 % — на начало нарезанной части болта и 65 % — на резьбовую часть стержня в плоскости опорной поверхности гайки. Обычно самым эффективным способом увеличения долговечности резьбового соединения при переменной нагрузке является предельно допустимая затяжка гайки или болта. В большинстве затянутых соединений на болт действует около 25 % внешней нагрузки, в то время как 75 % — разгружает стык деталей. Благодаря этому хорошо затянутый болт имеет наибольшую долговечность. Рассчитана прочность болта при переменной нагрузке после оптимальной затяжки соединения. В зависимости от предельной амплитуды и среднего напряжения по критериям Гудмана и Гербера определены запасы прочности болта. Оптимальная затяжка обеспечивает равную прочность болта и плотности стыка деталей соединения.

Литература

[1] Оганьян Э.С. Критерии несущей способности конструкций локомотивов в экстремальных условиях нагружения. Дис. ... д-ра техн. наук. Коломна, ВНИКТИ, 2004. 389 c.

[2] Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты на прочность деталей машин. Москва, Машиностроение, 1975. 488 с.

[3] Sengupta MET 301: Design for Cyclic Loading. URL: https://ru.scribd.com/document/45654273/Cycling-Loading (дата обращения 3 июня 2017).

[4] Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Детали машин. Справочник. Москва, Машиностроение, 1979. 702 с.

[5] Eccles B. Fatigue Failure of Bolts. URL: http://www.boltscience.com/pages/fatigue-failure-of-bolts.pdf (дата обращения 20 июня 2017).

[6] Budynas R., Nisbett J.K. Diseño en ingeniería mecánica de Shigley. México, McGraw–Hill, 2008. 1061 p.

[7] Ряховский О.А., ред. Детали машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 515 с.

[8] Сыромятников В.С., Гарсия Мартинес Х.М., Самора Кинтана Л.А., Ортега Росалес М.Г. Оптимальная затяжка резьбового соединения от раскрытия стыка. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 12, с. 43–50.

[9] ГОСТ Р ИСО 898-1–2011. Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Часть 1. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы. Введен 2013–01–01. Москва, Стандарт-информ, 2013. 54 с.

[10] Oberg E. Machinery’s Handbook. Industrial Press, 2012. 2800 p.