Основные соотношения стяжных соединений

(60)

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:

Osnovn parametry 1

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

В безразмерных обозначениях (Ppаб = 1) сила сжатия стыка

Сила сжатия стыка

Согласно формуле (71) сила затяжки

Сила затяжки

Сила растяжения болтов

Сила растяжения болтов

Размах пульсации силы растяжения болтов

Размах пульсации силы растяжения болтов

Размах пульсации силы сжатия корпуса

Размах пульсации силы сжатия корпуса

Коэффициенты асимметрии циклов, определяющие циклическую прочность:

болтов

Коэффициенты асимметрии циклов, определяющие циклическую прочность

корпусов

Коэффициенты асимметрии циклов, определяющие циклическую прочность

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 λ12 и определяются только величиной ϑ. Фактор λ12 влияет на ритмах пульсаций Δраст и Δсж коэффициенты асимметрии r1 и r2, напряжения в болтах σ1 и в корпусе σ2.

С уменьшением λ12 (податливые болты, жесткие корпуса) уменьшаются Δраст, r2, σ2 и возрастают Δсж, r1, σ1 и Pзат (рис. 452, а).

Osnovn parametry 9

С увеличением λ12 (жесткие болты, податливые корпуса) уменьшаются Δсж, r1, σ1 и Рзат и возрастают Δраст, r2 и σ2 (рис. 452, б).

При λ12 = 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 λ12 = ∞ (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).

Регулирование жесткости стяжных соединений

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.

Osnovn parametry 11

На рис. 454 показаны в функции λ12 безразмерные (Рраб = 1) параметры соединений для случая ϑ = 1 (принято Е1 = Е2 = 1).

Максимальное напряжение в болтах (рис. 454, а)

Максимальное напряжение в болтах

резко возрастает с уменьшением λ12 (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

Osnovn parametry 13

Таким образом, снижение λ12 лимитируется увеличением площади F2, в основном определяющей размеры и массу соединения.

Максимальное напряжение в корпусе

Максимальное напряжение в корпусе

резко возрастает с увеличением λ12 (уменьшение λ2 при λ1 = const).

Величины r1 и r2 (рис. 454, б), определяющие циклическую прочность болтов и корпусов, колеблются во всем диапазоне λ12   = 0,1—10 незначительно (0,55—0,95).

Диаграмма Смита

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.