Основные соотношения стяжных соединений.
Условие правильной работы стяжных соединений заключается в том, чтобы при максимуме рабочей силы Ppaб на стыке оставалось давление (Рсж > 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 Рзат целесообразно исходить непосредственно из минимальной силы сжатия стыка Рсж, приняв ее пропорциональной рабочей силе:
где ϑ — коэффициент затяжки, ϑ = 0,5—2,0.
В безразмерных обозначениях (Ppаб = 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 Рсж и максимальная сила растяжения болтов Рраст не зависят от λ1/λ2 и определяются только величиной ϑ. Фактор λ1/λ2 влияет на ритмах пульсаций Δраст и Δсж коэффициенты асимметрии r1 и r2, напряжения в болтах σ1 и в корпусе σ2.
С уменьшением λ1/λ2 (податливые болты, жесткие корпуса) уменьшаются Δраст, r2, σ2 и возрастают Δсж, r1, σ1 и Pзат (рис. 452, а).
С увеличением λ1/λ2 (жесткие болты, податливые корпуса) уменьшаются Δсж, r1, σ1 и Рзат и возрастают Δраст, r2 и σ2 (рис. 452, б).
При λ1/λ2 = 0 (абсолютно податливые болты или абсолютно жесткие корпуса) Δ0раст = 0 и Δ0сж = 1, т. е. нагрузка на болты статическая, а пульсация нагрузки на корпуса максимальная (Δсж = Рраб). При λ1/λ2 = ∞ (абсолютно жесткие болты или абсолютно податливые корпуса) Δ0сж = 0 и Δ0раст = 1, т. е. нагрузка на корпуса статическая, а пульсация нагрузки на болты максимальная (Δраст = Рраб).
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 (Рраб = 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 σD которые при r1 > 0,5—0,6 практически постоянны и равны пределу текучести σ0,2. 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.