Стяжные нагруженные соединения.
К циклически нагруженным относятся соединения, подвергающиеся действию отнулевой или знакопеременной силы (давление рабочих газов в цилиндрах поршневых двигателей и компрессоров, силы инерции движущихся масс в колонках шатунов и подшипниках кривошипно-шатунных механизмов).
На рис. 450 приведена схема болтового соединения, нагруженного силой Рраб внутреннего давления. Для обеспечения правильной работы стыка болты предварительно затягивают силой Рзат, достаточной для того, чтобы после приложения силы Рраб на стыке оставалось давление.
Для упрощения предположим, что деформации головок и навертных концов болтов незначительны по сравнению с деформациями стержня, и будем считать, что рабочая длина болтов равна высоте стягиваемых деталей.
Это справедливо лишь для длинных болтов. У коротких болтов (l/d < 4—5) деформации концевых элементов соизмеримы с деформациями стержня. Упругую характеристику таких болтов определяют экспериментально.
Работу соединения наглядно показывает диаграмма Р—е (рис. 451), по оси ординат которой отложены силы Р, а по оси абсцисс — относительные деформации е. Растяжение болтов (а) изображается прямой ab, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс (в соответствующем масштабе) равен
где λ1 — коэффициент жесткости болтов; Е1 — модуль нормальной упругости материала болтов, МПа; F1 — площадь сечения болтов, мм2.
Сжатие корпуса изображается прямой bс, тангенс угла наклона которой
где λ2 — коэффициент жесткости корпуса; Е2 — модуль упругости материала корпуса; F2 — площадь сечения корпуса.
Тангенсы противолежащих углов τ и w равны коэффициентам податливости соответственно болтов (μ1 = 1/λ1) и корпуса (μ2 = 1/λ2). Относительное удлинение болтов под действием Рзат
где σ1 — напряжение растяжения в болтах.
Относительное сжатие корпуса
где σ2 — напряжение сжатия в корпусе.
После приложения Рраб (рис. 451, б) сила, действующая на болты, возрастает:
где Δраст — доля Рpaб, передающаяся на болты. Сила сжатия корпуса уменьшается:
где
Относительная деформация растяжения болтов возрастает на величину
Деформация сжатия корпуса уменьшается на ту же величину
Из формул (67)—(69) находим значения Δраст и Δсж, а затем подставляем их в формулы (65) и (66):
Как видно, силы, действующие в соединении, определяются отношением λ1/λ2 (фактор жесткости соединения), равным согласно формулам (61) и (62)
который на диаграмме Р—е изображается отношением отрезков
Если рабочая сила колеблется от нуля до Рраб, то переменная сила растяжения болтов пульсирует с размахом (волнистые линии на рис. 451, б)
а переменная сила сжатия корпусов — с размахом
Коэффициент асимметрии цикла:
для болтов
для корпуса
Расчетным для болтов является напряжение после приложения рабочей нагрузки
пропорциональное отрезку ad.
Расчетным для корпусов является напряжение при затяжке
пропорциональное отрезку ос.