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 Р_раб внутреннего давления. Для обеспечения правильной работы стыка болты предварительно затягивают силой Р_зат, достаточной для того, чтобы после приложения силы Р_раб 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 Р_зат

где σ₁ — напряжение растяжения в болтах.

Относительное сжатие корпуса

где σ₂ — напряжение сжатия в корпусе.

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

где Δ_раст — доля Р_paб, 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 Δ_раст и Δ_сж, 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 Р_раб, 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.