Стяжные нагруженные соединения

Стяжные нагруженные соединения

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.

Схема нагружения стяжного соединения

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.

Nagruj soed 2

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

Nagruj soed 3

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

Nagruj soed 4

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

Nagruj soed 5

где σ1 — напряжение растяжения в болтах.

Относительное сжатие корпуса

Nagruj soed 6

где σ2 — напряжение сжатия в корпусе.

После приложения Рраб (рис. 451, б) сила, действующая на болты, возрастает:

Nagruj soed 7

где Δраст — доля Рpaб, передающаяся на болты. Сила сжатия корпуса уменьшается:

Nagruj soed 8

где

Nagruj soed 9

Относительная деформация растяжения болтов возрастает на величину

Nagruj soed 10

Деформация сжатия корпуса уменьшается на ту же величину

Nagruj soed 11

Из формул (67)—(69) находим значения Δраст и Δсж, а затем подставляем их в формулы (65) и (66):

Nagruj soed 12

Как видно, силы, действующие в соединении, определяются отношением λ12 (фактор жесткости соединения), равным согласно формулам (61) и (62)

Nagruj soed 13

который на диаграмме Р—е изображается отношением отрезков

Nagruj soed 14

Если рабочая сила колеблется от нуля до Рраб, то переменная сила растяжения болтов пульсирует с размахом (волнистые линии на рис. 451, б)

Nagruj soed 15

а переменная сила сжатия корпусов — с размахом

Nagruj soed 16

Коэффициент асимметрии цикла:

для болтов

Nagruj soed 17

для корпуса

Nagruj soed 18

Расчетным для болтов является напряжение после приложения рабочей нагрузки

Nagruj soed 19

пропорциональное отрезку ad.

Расчетным для корпусов является напряжение при затяжке

Nagruj soed 20

пропорциональное отрезку ос.