Основные соотношения стяжных соединений

Основные соотношения стяжных соединений.

Условие правильной работы стяжных соединений заключается в том, чтобы при максимуме рабочей силы P_paб на стыке оставалось давление (Р_сж > 0), предупреждающее периодическое раскрывание стыка, потерю герметичности, нарушение жесткости системы, а в стыках «металл по металлу» — контактную коррозию, наклеп и разбивание стыковых поверхностей. Поэтому при определении силы затяжки Р_зат целесообразно исходить непосредственно из минимальной силы сжатия стыка Р_сж, приняв ее пропорциональной рабочей силе:

где ϑ — коэффициент затяжки, ϑ = 0,5—2,0.

В безразмерных обозначениях (P_pаб = 1) сила сжатия стыка

Согласно формуле (71) сила затяжки

Сила растяжения болтов

Размах пульсации силы растяжения болтов

Размах пульсации силы сжатия корпуса

Коэффициенты асимметрии циклов, определяющие циклическую прочность:

болтов

корпусов

Величина r₂, определяющая циклическую прочность корпусов и надежность стыка, столь же важна, как и величина r₁. Поэтому при проектировании стяжных соединении целесообразно добиваться достаточно высоких и по возможности равных значений r₁ и r₂.

Из формул (81) и (83) следует, что минимальная сила сжатия стыка Р_сж и максимальная сила растяжения болтов Р_раст не зависят от λ₁/λ₂ и определяются только величиной ϑ. Фактор λ₁/λ₂ влияет на ритмах пульсаций Δ_раст и Δ_сж коэффициенты асимметрии r₁ и r₂, напряжения в болтах σ₁ и в корпусе σ₂.

С уменьшением λ₁/λ₂ (податливые болты, жесткие корпуса) уменьшаются Δ_раст, r₂, σ₂ и возрастают Δ_сж, r₁, σ₁ и P_зат (рис. 452, а).

С увеличением λ₁/λ₂ (жесткие болты, податливые корпуса) уменьшаются Δ_сж, r₁, σ₁ и Р_зат и возрастают Δ_раст, r₂ и σ₂ (рис. 452, б).

При λ₁/λ₂ = 0 (абсолютно податливые болты или абсолютно жесткие корпуса) Δ_0раст = 0 и Δ_0сж = 1, т. е. нагрузка на болты статическая, а пульсация нагрузки на корпуса максимальная (Δ_сж = Р_раб). При λ₁/λ₂ = ∞ (абсолютно жесткие болты или абсолютно податливые корпуса) Δ_0сж = 0 и Δ_0раст = 1, т. е. нагрузка на корпуса статическая, а пульсация нагрузки на болты максимальная (Δ_раст = Р_раб).

Одинаковые параметры соединения можно получить при различных значениях λ₁ и λ₂, если отношение последних одинаково. Уменьшить жесткость исходной конструкции 1 (рис. 453) можно как снижением λ₁ (уменьшение диаметра болтов 2; увеличение шага их расположения 3), так и повышением λ₂ (увеличение площади сечения корпуса 4).

Увеличить жесткость можно как повышением λ₁ (увеличение диаметра болтов 5; уменьшение шага их расположения 6), так и снижением λ₂ (уменьшение площади сечения корпуса 7).

Однако есть существенная разница между способами регулирования жесткости. Снижение жесткости системы уменьшением λ₂ повышает напряжение в болтах. Целесообразнее способ увеличения λ₂, при котором напряжения в болтах не меняются, а напряжения в корпусе уменьшаются.

Для повышения жесткости системы целесообразно увеличивать λ₁, так как напряжения в болтах при этом снижаются, а напряжения в корпусе не меняются. При уменьшении λ₂ напряжения в болтах остаются постоянными, а напряжения в корпусе возрастают.

На рис. 454 показаны в функции λ₁/λ₂ безразмерные (Р_раб = 1) параметры соединений для случая ϑ = 1 (принято Е₁ = Е₂ = 1).

Максимальное напряжение в болтах (рис. 454, а)

резко возрастает с уменьшением λ₁/λ₂ (уменьшение λ₁, при λ₂ = const).

Напряжение σ₁ можно привести к допускаемому за счет увеличения площади сечения F₁ болтов. Однако это вызывает увеличение площади сечения F₂ корпуса, связанной с F₁ соотношением

Таким образом, снижение λ₁/λ₂ лимитируется увеличением площади F2, в основном определяющей размеры и массу соединения.

Максимальное напряжение в корпусе

резко возрастает с увеличением λ₁/λ₂ (уменьшение λ₂ при λ₁ = const).

Величины r₁ и r₂ (рис. 454, б), определяющие циклическую прочность болтов и корпусов, колеблются во всем диапазоне λ₁/λ₂   = 0,1—10 незначительно (0,55—0,95).

Как видно из приведенной на рис. 455 типичной диаграммы Смита для стали (область растяжения), такие колебания не отражаются на пределах выносливости σ_D которые при r₁ > 0,5—0,6 практически постоянны и равны пределу текучести σ_0,2. Это справедливо и для сжатия.

Значения r₁ и r₂ > 0,6 практически полностью устраняют влияние пульсаций на сопротивление усталости. Повышение r₁ и r₂ более 0,7—0,8 не имеет смысла, так как не отражается на сопротивлении усталости.