Расчет и выбор болтовых и штифтовых соединений для различных конструктивных решений

  ГОУ ВПО

  МОСКОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

  СТРОИТЕЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

  Научно-исследовательский  университет

  Кафедра деталей машин

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Расчетная работа

  по  дисциплине: «Детали машин и основы конструирования»:

  «Расчет и выбор болтовых и штифтовых  соединений для различных конструктивных решений»

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Москва 2010 г.

 
 

  Номер варианта –45

  Внешняя нагрузка на кронштейн и пластины F=55кН

  Число болтов z=6

  Материал  болтов 4.6

  Айзенберг Михаил

  1. Расчет  и подбор стандартных болтов  для крепления кронштейна для  случаев нагружения, приведенных  в п.1.1-1.3

  1.1 Болты  нагружены осевой растягивающей  силой (предварительная и последующая  затяжка их отсутствует).

  Расчетный внутренний диаметр резьбы

  

мм

  где - допускаемые напряжения в винте при растяжении

  

Н

   - коэффициент запаса прочности

  Выбираем  диаметр болта d₁=10.11 мм.(М12)

  1.2.1 Затяжка  болтов производится до приложения силы

  

  где F_вн – внешняя отрывающая нагрузка, приходящаяся на один болт (при равномерном нагружении Н;

   - коэффициент основной нагрузки  при отсутствии прокладок;

  К – коэффициент затяжки.

  Расчетную силу F_р и диаметры болтов (п.1.2.1 и п. 1.2.2) определили для двух вариантов внешней нагрузки: Айзенберг Михаил

  а) при  постоянной внешней нагрузке (К=1,5…2)

  Выбрали К=1,75 и .

  

Н

  

 МПа

  Выбрали коэффициент запаса прочности  при неконтролируемой затяжке.

 

  

мм.

  Выбрали диаметр болта d₁=17.29мм. (М20).

  Вновь выбрали коэффициент запаса прочности .

  

МПа

 

  

мм.

  Выбрали диаметр болта d₁=20.75 мм. (М24).

  б) при  переменной от 0 до F внешней нагрузке (К=2…4)

  Выбрали К=3 и

  

Н

  

 МПа

  Выбрали коэффициент запаса прочности при неконтролируемой затяжке.

 

  

мм.

  Выбрали диаметр болта d₁=26.21мм. (М30).

  1.2.2 Последующая  дополнительная затяжка болтов  под нагрузкой F:

  а) при  постоянной внешней нагрузке (К=1,5…2)

  Выбрали К=1,75 и .

  

Н

  

 МПа

  Выбрали коэффициент запаса прочности  при неконтролируемой затяжке.

 

  

мм.

  Выбрали диаметр болта d₁=17.29 мм. (М20).

   б) при переменной от 0 до F внешней нагрузке (К=2…4)

  Выбрали К=3 и

 
 
 
 

  

Н

  

 МПа

 

  

мм.

  Выбрали диаметр болта d₁=26.21 мм. (М30).

  1.3 Расчет  болта при условии нагружения  по п.1.2.1,б, но с контролируемой затяжкой.

  Выбрали К=3,5, и коэффициент запаса прочности .

  

МПа

  

мм

  Выбрали диаметр болта d₁=17,29 мм. (М20).

  

Н

  2. Для  выбранного диаметра стандартного  болта при нагружении по п.1.3 выполнили следующее:

  2.1 Определили  размеры плиты кронштейна

  t=(3…4)d=(60…80)=70 мм.

  С=(1,0…1,2)d=(20…24)=22мм.

  Е=(1,2…1,5)d=(24…30)=27 мм.

  h₁=(1,3…1,6)d=(26…32)=30 мм.

  где d – номинальный(наружный) диаметр болта.

  2.2 Подобрали  длину болта l и его резьбовой части l₀, а также гайку для этого болта, с учетом l₃=(1…3)p=6.

  Длину болта  приняли равной 80мм.

  Болт М36 – 8g 35.56 ГОСТ 7798-70

  Болт нормальной точности исполнения 1, диаметром резьбы d=20 мм., длиной 80 мм., с крупным шагом резьбы, с полем допуска 8g, классом прочности 5.6, маркой стали 20, без покрытия.

  Гайка М36 – 6.35 ГОСТ 5915-70

  Гайка нормальной точности исполнения 1, диаметром резьбы d=20 мм., с крупным шагом резьбы, с полем допуска 7Н, классом прочности 6, маркой стали 20, без покрытия.

 

  3. Для крепления кронштейна при  нагружении по п.1.3 и выбранных  параметров по п.2 выполнили следующее:

  3.1 Определяли  аналитически величину предварительной  затяжки болта

  

мм

  

мм

  где - площадь сечения гладкой части болта, мм;

        - площадь сечения нарезанной части болта, мм.

 

  

  где  - податливость болта, равная его деформации при единичной нагрузке;

        - модуль упругости материала болта ( Н/мм²);

          l₂ – длина гладкой части стержня болта, мм;

          l₁ – расчетная длина нарезанной части болта между гладкой частью болта и опорной поверхностью гайки, плюс половина длины свинчивания (высоты гайки), мм.

  

мм

  где - площадь поперечного сечения деталей в месте распространения деформации, мм;

         а – диаметр опорной поверхности гайки, который в расчетах можно принимать равным размеру под ключ, т.е. мм;

  Для соединения плит кронштейна без прокладок

  

  

  

Н

  

Н

  3.2 Определить  графически величины сил, действующих  после приложения внешней нагрузки.

  

  

 

  Рис. 3. Диаграмма совместной работы деталей  соединения.

 

  3.3 Определить  аналитически величины нагрузок  .

  

Н

  

Н

  

Н

  

Н

  Проверка

Н

  3.4 Рассчитать  болт на статическую прочность  (по максимальным напряжениям):

  

,

  где - максимально возможные напряжения в болте;

  

 
 
 
 

  

  

  Условие выполняется.

  

МПа

 

  3.5 Проверить  болты на выносливость от действия  на соединение возможной переменной временной нагрузки, изменяющейся по циклу от до с амплитудой .

  Амплитуда нормальных напряжений

  

МПа

  Нормальные  напряжения в болте затяжки (минимальные  напряжения цикла)

  

МПа

  Средние нормальные напряжения в болте

  

МПа

  Максимальные  напряжения в болте

  

МПа

  Запас прочности  по переменным напряжениям подсчитывается по формуле

  

  

  где - предел выносливости материала определяется по табл.1,1[1]( МПа);

        - эффективный коэффициент концентрации напряжений( );

        - коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений.

  

  Условие выполняется.

  4. Для  соединения пластин болтами, нагруженными  статической силой F, сдвигающей детали в стыке, выполнить следующее:

  4.1 Рассчитать  и подобрать стандартные болты,  установленные в отверстии с  зазором при одной плоскости  стыка в соединении. Необходимый  внутренний диаметр резьбы

 

  

мм

  где f – коэффициент трения для стальных поверхностей(f=0,15…2=0,17);

        i – число плоскостей стыка деталей(i=1);

        K_сц – коэффициент запаса сцепления(К_сц=1,3…1,5=1,4)

  

МПа

 
 
 

  Выбрали диаметры болтов d₁=31,67. (М36).

  выбрали коэффициент запаса прочности .

  4.2 Рассчитать  и подобрать стандартные болты,  установленные в отверстии с  зазором при двух плоскостях  стыка(i=2) в соединении (рис. 4,б)

  

мм

  Выбрали диаметры болтов d₁=26,21мм. (М30).

  Вновь выбрали коэффициент запаса прочности

  

МПа

  

мм

  Выбрали диаметры болтов d₁=26.21 мм. (М30).

  4.3 Болт  установлен в отверстие, калиброванное  разверткой без зазора, при двух  плоскостях стыка в соединении 

  4.3.1 Определить диаметр стержня болта в опасном сечении

  

мм

  где - число болтов, принимаемое в два раза меньше чем по варианту задания;

        - допускаемые напряжения на срез болтов( МПа);

        i=2 – число плоскостей среза.

  Выбрали диаметр болта d₀=11мм. (М10).