Расчет болтового соединения на срез

Использование болтового способа соединения деталей позволяет при необходимости разобрать конструкцию или механизм и упрощает демонтаж для проведения ремонтных или восстановительных работ.

Сломанный болт

Во время эксплуатации конструкции соединения деталей испытывают различные виды нагрузок, что необходимо учитывать при проектировании. Болтовые соединения могут быть подвержены нагрузкам, направленным вдоль осей болтов (растяжение-сжатие), радиальным (кручение), а также нагрузкам, направленным в перпендикулярной оси болта плоскости. Последние, преодолевая силу трения, обеспеченную затяжкой пары болт-гайка, способны вызвать деформацию сдвига и среза крепёжной детали (также воздействию подобных сил подвержены заклёпки, шпильки, штифты, шпонки и т.п.).

С помощью болтового соединения можно обеспечить крепление нескольких деталей, что увеличивает количество возможных плоскостей среза, что также обязательно учитывается при проектировании конструкции.

При выводе формул для расчёта болтовых соединений допускаются некоторые упрощения при изображении испытываемых деталями воздействий, причём значения воздействующих сил берутся максимальными, для обеспечения надёжности.

РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ, ИСПЫТЫВАЮЩИХ НАГРУЗКИ НА СРЕЗ

Расчёт болта на срез производится с учётом нескольких факторов, которые влияют на способность соединения сопротивляться силам, воздействующим на соединяемые детали. Такими факторами становятся:

  • шероховатость деталей;
  • пределы текучести материалов;
  • разность диаметров отверстия в детали и стержня болта;
  • сила затяжки соединения;
  • поперечные размеры соединяемых деталей(толщина);
  • расположение отверстий относительно друг друга и кромок соединяемых деталей;
  • диаметр стержня болта в его рабочей части. Наружный диаметр резьбы в расчёт не берётся, так как не оказывает сопротивления внешним силам;
  • коэффициенты трения материалов, из которых изготовлены соединяемые детали.

В зависимости от различных условий соединений расчёты на срез производятся по разным формулам.

Диаметр болта, поставленного с натягом (без зазора), вычисляется на срез по формуле:

D = √4P/πт
D –диаметр болта;
Р –поперечная сила, воздействующая на болт (в ньютонах);
т –допустимое напряжение на срез (в МПа), которое зависит от материала и устанавливается по справочным таблицам, обычно составляет 0,2-0,3 от предела текучести.

Для предотвращения срезания болтов, устанавливаемых с зазором, необходимо обеспечить должную силу трения между деталями, которая достигается определённой силой затяжки болтов, и рассчитывается по следующей формуле:

Q = P/f
P – сила, поперечная силе сдвига(среза), создаётся затяжкой пары болт-гайка;
f – коэффициент трения. Зависит от материалов, из которых изготовлены соединяемые детали, от чистоты обработки сопрягаемых поверхностей и наличия смазки, устанавливается по справочникам.

Также силу затяжки можно вычислить по формуле:
Q = πd²q/4
d – внутренний диаметр резьбы болта;
q – максимальное допустимое напряжение при растяжении, МПа.

Для нескольких стыков болт рассчитывается на силу затягивания:
Q = P/fi
fi – количество стыков.

Болты с конической посадкой рассчитываются так же, как и устанавливаемые с натягом, так как коническая форма головки болта обеспечивает сопряжение с деталью без зазора.

При расчёте соединения, имеющего несколько точек крепления деталей, суммарная нагрузка должна равномерно распределяться между крепёжными элементами, либо для наименее нагруженных участков следует принимать максимальные значения срезающих сил.

Разумеется, приведённые формулы носят общий характер, не учитывающий всех условий работы соединения. Рассмотренные ранее факторы, влияющие на прочность соединения, вводятся при необходимости в эти формулы в виде дополнительных коэффициентов, полученных расчётным или опытным путём.

Более того, при скреплении деталей болтами необходимо учитывать то, что на разные участки соединения будут воздействовать неодинаковые по абсолютной величине и направлению силы. Для обеспечения прочности конструкции следует произвести соединение с учётом эпюры напряжений, особенно в случаях, не предусмотренных стандартами.

Стандарты на болтовые соединения, разработанные с учётом требований к прочности и надёжности, устанавливают марки сталей, применяемых для изготовления крепежа, размеры крепёжных элементов и расстояния между ними. Кроме того, для болтов, устанавливаемых с зазором, регламентируются размеры отверстий под них.

Так, например, требования к болтовым соединениям, использующимся в строительстве, устанавливает отраслевой стандарт СТО 0041-2004 «Конструкции стальные строительные. Болтовые соединения. Проектирование и расчёт».

Стандарты предусматривают широкий диапазон размеров крепёжных деталей – болтов, гаек, гроверных шайб, что позволяет проектировать конструкции, не прибегая к излишним расчётам новых деталей и к их производству. Достаточно воспользоваться уже выпускаемыми промышленностью, внеся коррективы с учётом запаса прочности (как правило, его коэффициент берут равным 1,3 от максимальной нагрузки на соединение).

ИЗОБРАЖЕНИЕ БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ЧЕРТЕЖАХ

При построении резьбовых (в том числе и болтовых) соединений на чертежах винтовая резьба изображается условно. Этим достигается простота и скорость выполнения чертежей. Принятые условные изображения устанавливаются в соответствии с ГОСТ 2.315-68.

Наружная резьба болта по внешнему диаметру условно обозначается сплошной основной линией, по внутреннему диаметру – сплошной тонкой линией. На проекциях болта, образованных рассеканием его перпендикулярной оси плоскостью, внутренний диаметр обозначается тонкой линией, проведённой на три четверти окружности. Фаска при этом не изображается, только на продольном сечении болта. Расстояние между тонкой и основной линиями не должно быть больше шага резьбы, но и не должно быть меньше 0,8 миллиметра.

Внутренняя резьба на гайке изображается наоборот – основной линией по внутреннему диаметру.

Штриховка в сечениях и разрезах выполняется до сплошной основной линии. При нанесении на чертёж болтового соединения размеры болта, гайки и шайбы выполняются в соответствии с их стандартными размерами. То есть размеры стандартных крепёжных деталей устанавливаются по ГОСТу на них.

ФайлРазмер файлаЗагрузок
Расчет болтового соединения1 MB 100