Черчение

Болтовое соединение предназначено в основном для восприятия осевой растягивающей нагрузки (рис. 139). Разрушение болтового соединения, работающего на осевую на­грузку, может произойти в следующих случаях: при недостаточной высоте гайки возможен срыв резьбы этой гайки (рис. 139, I); при недостаточной высоте головки болта она разрушается от изгиба, то есть головка болта час­тично как бы втягивается в отверстие (рис. 139, II); при недостаточном ди­аметре стержня возможен разрыв болта по ослабленному резьбой сечению (рис. 139, III).

Рис. 139

Кроме того, для деталей, имеющих твердость меньше, чем твердость гай­ки или головки болта, опасной деформацией может быть смятие деталей. Для предотвращения смятия соединяемых деталей устанавливают шайбы, размеры которых определяются для стальных деталей по формуле D_ш = = 2,2 d,

где: D_ш — наружный диаметр;

d — внутренний диаметр.

Для обеспечения прочности болтового соединения необходимо, чтобы прочность всех его элементов на различные деформации была одинаковой, то есть болтовое соединение должно быть равнопрочным.

Так, например, из условия равнопрочности стержня болта на растя­жение под действием осевой нагрузки и резьбы гайки на изгиб, на срез и смятие определяют необходимую высоту гайки. По расчету высота гай­ки получается около 0,6d, нормальная же высота по стандарту принята Н = 0,8d. Делать гайку более высокой нецелесообразно, так как исследо­ваниями проф. Н.Е. Жуковского установлено, что первый от точки при­ложения силы виток резьбы воспринимает 34% всей нагрузки, вто­рой — 23%, третий — 15%, а десятый — только 0,9%. Таким образом, все витки резьбы гайки после десятого практически никакой нагрузки не воспринимают. Соответствующие схемы направления силовых линий и характеры распределения нагрузки между витками резьбы приведены на рис. 140.

Рис. 140

Так же как резьба гайки, работает резьба гнезда, в которое ввинчивается винт или шпилька. В зависимости от того, из какого материала изготовле­ны детали, в которые ввинчиваются шпильки, меняется и глубина завинчи­вания шпилек. Здесь уже учитывается и величина осевой нагрузки, ибо, чем она больше, тем больше диаметр шпильки, а тем, следовательно, боль­ше и глубина завинчивания.

Из условия равнопрочности стержня болта на растяжение и головки бол­та на изгиб находится необходимая высота головки болта h. Практически для нормального болта h = 0,7d.

Таким образом, принятые по стандарту размеры высоты гайки и высо­ты головки болта вполне обеспечивают прочность болтового соединения при условии, что сам стержень болта диаметром d будет прочен на растя­жение. Следовательно, для того чтобы спроектировать прочное болтовое соединение, нужно исходить из условия прочности на растяжение диа­метр болта, а по нему определить размеры всех остальных элементов со­единения.

В зависимости от условий работы и сборки конструкций болтовые соеди­нения, работающие на осевую нагрузку, делятся на две основные группы: ненапряженные,в которых до приложения внешней нагрузки ника­ких напряжений не возникает; напряженные,в которых еще до при­ложения внешней нагрузки уже имеются так называемые предваритель­ные напряжения.

Для обеспечения плотности и герметичности соединения болты ставят с предварительной затяжкой, то есть при сборке так затягивают гайку клю­чом, что в теле болта еще до приложения внешней нагрузки возникают на­пряжения. Необходимая величина затяжки болтов зависит от свойств мате­риала самого болта и соединяемых деталей или прокладки.

Кроме того, учитывают трение в резьбе и в опорной поверхности гайки, возникающее при затяжке. Если болтовое соединение несет нагрузку, действующую перпендикулярно оси болта, то в результате сдвига деталей мо­жет произойти изгиб болта (рис. 141).

Рис. 141

Чтобы избежать этого, при конструировании машин стремятся по воз­можности не придавать болтовым соединениям поперечной нагрузки. Если это сделать невозможно, применяют различные средства, предохраняющие болты от поперечной нагрузки (рис. 142). Прочность резьбовых соединений во многом определяется прочностью материала, из которого изготовлены детали этих соединений.

Рис. 142

Наиболее часто применяют резьбовые детали из мало- и среднеуглеродис- той стали Ст.З, Ст.5, Сталь 35, Сталь45 и др. В соединениях, работающих при переменных нагрузках и высокой температуре до 400° С, применяют легиро­ванные стали 38ХА, 40ХНМА, 16ХСН и др. При рабочей температуре  400...700° С применяют нержавеющие стали, например 1Х17Н2 и др. В эле­ктропромышленности применяют резьбовые изделия из латуни ЛС59-1 и др.

Для повышения прочности резьбовых соединений крепежные детали подвергают термообработке, а для защиты от коррозии и влияния темпера­тур на них наносят металлические покрытия или оксидные пленки (цинко­вание, хромирование, никелирование, оксидирование и пр.).