Zastosowanie śrubowej metody łączenia części umożliwia w razie potrzeby demontaż konstrukcji lub mechanizmu i upraszcza demontaż do prac naprawczych lub renowacyjnych.

Podczas eksploatacji konstrukcji testowane są połączenia części Różne rodzaje obciążenia, które należy uwzględnić w projekcie. Połączenia śrubowe mogą być poddawane obciążeniom skierowanym wzdłuż osi śrub (rozciąganie-ściskanie), promieniowym (skręcanie), jak również obciążeniom skierowanym w płaszczyźnie prostopadłej do osi śruby. Te ostatnie, pokonując siłę tarcia zapewnianą przez dokręcenie pary śruba-nakrętka, mogą powodować ścinanie i ścinanie deformacji łącznika (takie siły również wpływają na nity, kołki, kołki, klucze itp.).

Używając połączenie śrubowe możliwe jest zapewnienie mocowania kilku części, co zwiększa liczbę możliwych płaszczyzn cięcia, co jest również koniecznie brane pod uwagę przy projektowaniu konstrukcji.

Podczas wyprowadzania dopuszczalne są pewne uproszczenia przy przedstawianiu uderzeń doświadczanych przez części, a wartości działających sił przyjmuje się jako maksymalne, aby zapewnić niezawodność.

WZÓR OBLICZENIOWY DLA POŁĄCZEŃ OBCIĄŻANYCH ŚCINANIEM

Konstrukcja śruby ścinanej uwzględnia kilka czynników, które wpływają na zdolność połączenia do przeciwstawiania się siłom działającym na łączone części. Te czynniki stają się:

• chropowatość części;
• granica plastyczności materiałów;
• różnica między średnicą otworu w części a trzonkiem śruby;
• siła dokręcania połączenia;
• wymiary poprzeczne łączonych części (grubość);
• położenie otworów względem siebie i krawędzi łączonych części;
• średnica wału śruby w jej części roboczej. Zewnętrzna średnica nici nie jest brana pod uwagę, ponieważ nie jest ona odporna na siły zewnętrzne;
• współczynniki tarcia materiałów, z których wykonane są łączone części.

W zależności od różne warunki połączeń, obliczenia ścinania wykonywane są według różnych wzorów.

Wstępnie obciążona średnica śruby (bez luzu) , jest obliczana na wycinek według wzoru:

re = √4P/πt
D to średnica śruby;
P to siła poprzeczna działająca na śrubę (w niutonach);
t jest dopuszczalnym naprężeniem ścinającym (w MPa), które zależy od materiału i jest ustalane zgodnie z tabelami odniesienia, zwykle 0,2-0,3 granicy plastyczności.

Aby zapobiec ścinaniu śrub zainstalowanych z luzem , konieczne jest zapewnienie odpowiedniej siły tarcia między częściami, którą uzyskuje się poprzez pewną siłę dokręcania śrub i oblicza się według wzoru:

Q=P/f
P jest siłą poprzeczną do siły ścinającej (ścinającej), utworzoną przez dokręcenie pary śruba-nakrętka;
f jest współczynnikiem tarcia. Zależy od materiałów, z których wykonane są łączone części, od czystości obróbki współpracujących powierzchni i obecności smaru, jest ustalany zgodnie z podręcznikami.

Również siła docisku można obliczyć za pomocą wzoru:
Q = πd²q/4
d jest wewnętrzną średnicą gwintu śruby;
q to maksymalne dopuszczalne naprężenie rozciągające, MPa.

Dla wielu stawów śruba jest obliczana na siłę dokręcania:
Q = P/fi
fi to liczba połączeń.

Śruby stożkowe są obliczane w taki sam sposób, jak te montowane z pasowaniem ciasnym, ponieważ stożkowy kształt łba śruby zapewnia dopasowanie do części bez luzu.

Przy obliczaniu połączenia, które ma kilka punktów mocowania części, całkowite obciążenie powinno być równomiernie rozłożone między łącznikami lub dla najmniej obciążonych sekcji należy przyjąć maksymalne wartości sił ścinających.

Oczywiście powyższe wzory mają charakter ogólny, nie uwzględniający wszystkich warunków pracy łącza. Rozważane wcześniej czynniki wpływające na wytrzymałość połączenia są wprowadzane w razie potrzeby do tych wzorów w postaci dodatkowych współczynników uzyskanych na podstawie obliczeń lub doświadczenia.

Ponadto podczas mocowania części za pomocą śrub należy wziąć pod uwagę fakt, że różne części połączenia będą oddziaływać na siły, które nie są takie same pod względem wartości bezwzględnej i kierunku. Aby zapewnić wytrzymałość konstrukcji, połączenie należy wykonać z uwzględnieniem wykresu naprężeń, zwłaszcza w przypadkach nieprzewidzianych przez normy.

Normy dotyczące połączeń śrubowych, opracowane z uwzględnieniem wymagań dotyczących wytrzymałości i niezawodności, określają gatunki stali stosowane do produkcji elementów złącznych, wymiary elementy złączne i odległość między nimi. Ponadto w przypadku śrub instalowanych ze szczeliną regulowane są wymiary otworów dla nich.

Na przykład wymagania dotyczące stosowanych w budownictwie określa norma branżowa STO 0041-2004 „Budowanie konstrukcji stalowych. Połączenia śrubowe. Projektowanie i kalkulacja.

Normy obejmują szeroki zakres rozmiarów elementy złączne- śruby, nakrętki, podkładki zabezpieczające, co pozwala na projektowanie konstrukcji bez uciekania się do zbędnych obliczeń nowych części i ich produkcji. Wystarczy skorzystać z już wyprodukowanych przez przemysł, dokonując korekt z uwzględnieniem marginesu bezpieczeństwa (z reguły przyjmuje się jego współczynnik równy 1,3 maksymalne obciążenie za połączenie).

WYŚWIETLANIE POŁĄCZEŃ ŚRUBOWYCH NA RYSUNKACH

Podczas konstruowania połączeń gwintowanych (w tym śrubowych) na rysunkach gwint śrubowy jest przedstawiony warunkowo. Osiąga to prostotę i szybkość wykonania rysunków. Akceptowane obrazy warunkowe są ustawione zgodnie z GOST 2.315-68.

Zewnętrzny gwint śruby wzdłuż średnicy zewnętrznej jest zwykle oznaczony ciągłą linią główną, wzdłuż średnicy wewnętrznej - ciągłą cienką linią. Na występach śruby, utworzonych przez przecięcie jej płaszczyzną prostopadłą do osi, średnicę wewnętrzną zaznaczono cienką linią poprowadzoną na trzech czwartych okręgu. W tym przypadku faza nie jest przedstawiona, tylko na podłużnym przekroju śruby. Odległość między cienkimi i głównymi liniami nie powinna być większa niż skok gwintu, ale nie powinna być mniejsza niż 0,8 mm.

Wewnętrzny gwint nakrętki jest przedstawiony w odwrotnej kolejności - główna linia wzdłuż wewnętrznej średnicy.

Kreskowanie w przekrojach i nacięciach odbywa się do ciągłej linii głównej. Po nałożeniu na rysunek połączenia śrubowego wymiary śruby, nakrętki i podkładki są wykonane zgodnie z nimi standardowe rozmiary. Oznacza to, że wymiary standardowych elementów złącznych są na nich ustawione zgodnie z GOST.

Obliczanie siły połączenia gwintowane

Obciążenie osioweśruby jest przenoszona przez gwint na nakrętkę i jest równoważona reakcją jej wspornika. Każdy z Z nici są obciążane siłami F1 , F2 , … F Z .

W przypadek ogólny obciążenia na cewkach nie są takie same. Problem rozkładu obciążenia na cewkach jest statycznie niewyznaczalny i został rozwiązany przez rosyjskiego naukowca N.E. Żukowskiego w 1902 roku w oparciu o układ równań dla standardowej nakrętki sześciokątnej. Wykres pokazuje znaczne przeciążenie dolnych zwojów i bezcelowość zwiększania długości nakrętki, bo. ostatnie tury praktycznie nie są ładowane. Ten rozkład obciążenia został później potwierdzony eksperymentalnie. W obliczeniach nierównomierne obciążenie jest uwzględniane przez współczynnik empiryczny (eksperymentalny). km , co jest równe 0,87 dla trójkąta, 0,5 - dla prostokątnych i 0,65 do gwintu trapezowego.

Główne rodzaje zniszczeń w nitkach mocujących to przecięcie zwojów, w biegach - zużycie zwojów. Dlatego głównym kryterium wydajności

do obliczania gwintów mocujących - wytrzymałość na naprężenia ścinające, a dla gwintów ołowianych - odporność na zużycie na naprężenia ścinające.

Warunek wytrzymałości na ścinanie:

F/(π d 1 HKK m ) ≤[τ ] do śruby; τ =F/ (π dHKK m ) ≤[τ ] dla orzecha

Gdzie H - wysokość nakrętki lub głębokość wkręcenia w przedmiot obrabiany, k =ab/str Lub k =ce/p – współczynnik kompletności gwintu, km - współczynnik nierównomiernego obciążenia cewek.

Stan odporności na zużycie na zgniatanie:

S cm =F/ (π d 2 Hz ) ≤[ S]cm ,

Gdzie Z - liczba zwojów roboczych.

Jednakowa wytrzymałość gwintu i trzonu śruby jest najważniejszym warunkiem przypisania wysokości nakrętek standardowych. Tak więc, biorąc granicę plastyczności materiału jako ostateczne naprężenia i biorąc to pod uwagę τ T ≈ 0,6 S T warunek jednakowej wytrzymałości gwintu na ścinanie i rozciąganego wałka śruby będzie miał postać: τ =F/ (π d 1 HKK m )= =0,6σ T =0,6F/ [(π/4) d 1 2 ]. Na k = 0,87 I km = 0,6 dostajemy H ≈0,8 d1 , a biorąc pod uwagę to d1 = D ostatecznie zaakceptuj wysokość normalnej standardowej nakrętki mocującej H ≈0,8 D.

Poza normalnym standardem wysoki H ≈1.2d i nisko H ≈0,5d orzechy. Z tych samych powodów ustawia się głębokość wkręcania śrub i kołków w części: w stal H1 =D , w kruchym - żeliwo i silumin H =1,5d. Standardowe wysokości nakrętek (z wyjątkiem niskich) i głębokości wkręcania uwalniają nas od obliczania wytrzymałości gwintu standardowych elementów złącznych.

W obliczeniach nie można pominąć elastyczności śruby i łączonych części. W najprostszym przypadku ze śrubami o stałym przekroju i jednorodnych częściach

λ b = l b /(E b A b ) ; λ re = δ re / (E d A d ) ,

Gdzie λ b , λ d - podatność śruby i części równa ich odkształceniu pod pojedynczym obciążeniem (podatność jest odwrotna do sztywności); Eb , E d , b , D - moduły sprężystości i pole przekroju poprzecznego śruby i części; δ re - całkowita grubość części δ re ≈ funt .

W złożonym przypadku podatność układu wyznaczana jest jako suma podatności poszczególnych odcinków śruby i poszczególne części. Przez obszary przekroju A rozumie się obszary tych części, które ulegają odkształceniu w wyniku dokręcenia śruby. Przyjmuje się tutaj, że odkształcenia od nakrętki i łba śruby leżą głęboko w częściach wzdłuż stożków pod kątem α =30 około . Przyrównując objętość tych stożków do objętości walca, znajdź jego średnicę

D1=D +(δ1 +δ2 )/ 4; A re = π (D 1 2 –d lub 2 )/ 4.

deformuje nie tylko śrubę, ale także uszczelki, podkładki, sprężyny talerzowe itp. (1,2). Dlatego przy obliczaniu całkowitego obciążenia śruby F wprowadzić pojęcie zewnętrznego współczynnika obciążenia χ równy przyrostowi obciążenia śruby w ułamkach obciążenia zewnętrznego. Następnie
F =F +χF . W tym przypadku elastycznych uszczelek 1 i 2 nie można uważać za części 3, 4 i 5, których odkształcenie jest zmniejszone. W takich przypadkach wszystkie szczegóły połączenia są podzielone na dwa systemy:

1. Szczegóły układu śrubowego, w którym odkształcenie bezwzględne wzrasta pod działaniem obciążenia (śruba, uszczelki 1.2);

2. Części układu kadłuba, w których deformacja bezwzględna jest zmniejszona (3,4,5).

W której

W takich połączeniach zestawy elastycznych uszczelek (podkładki, sprężyny talerzowe) znacznie zwiększają podatność układu śrubowego, a co za tym idzie zmniejszają obciążenie śruby.

W obliczeniach śrub najpierw znajduje się siła przypadająca na śrubę. Następnie całą różnorodność układów połączeń gwintowanych można zredukować do trzech prostych schematów konstrukcyjnych.

A. Śruba jest wkładana do otworów z luzem.

Połączenie obciążone siłą wzdłużną Q . Śruba jest rozciągnięta.

Warunek wytrzymałości na rozciąganie jest zapisany jako:

Naprężenia rozciągające w nici

Z warunku wytrzymałości na rozciąganie znajdujemy wewnętrzną średnicę gwintu śruby

Znaleziona wewnętrzna średnica gwintu jest zaokrąglana w górę do najbliższej większej zgodnie z GOST 9150-59. Istnieje również określony numer rozmiaru ( średnica zewnętrzna gwint) śruby.

B. Śruba jest włożona w otwory bez luzu.

R .

W tym przypadku śruba działa na ścinanie. Wewnętrzną średnicę gwintu oblicza się w taki sam sposób, jak w przypadku rozciągania:

Procedura nadawania numeru śruby jest również podobna do poprzedniego przypadku.

B. Śruba włożona z luzem.

Połączenie obciążone siłą poprzeczną F .

Siła dokręcania śruby V powinna dawać taką siłę tarcia między częściami, która byłaby większa niż poprzeczna siła ścinająca F .

Śruba pracuje w napięciu, a od momentu dokręcenia doznaje również skręcenia, co jest uwzględniane przy zwiększaniu normalne naprężenia NA 30% (V 1,3 czasy).

Zgodnie z doświadczeniem licznych obliczeń przyjmuje się wartość wymaganej siły rozciągającej V w zależności od siły ścinającej F

V = 1,2 F/f.

Następnie wewnętrzna średnica gwintu śruby

Gdzie F jest współczynnikiem tarcia.

We wszystkich przypadkach obliczenie jest wewnętrzną średnicą gwintu, a gwint jest wskazany przez średnicę zewnętrzną. Częstym błędem jest obliczanie na przykład wewnętrznej średnicy gwintu śruby 8 mm , wyznaczyć śrubę M8 , podczas gdy śruba powinna być przypisana M10 , mający zewnętrzną średnicę gwintu 10 mm i wewnętrzne 8 mm .

Koncentracja naprężeń we wnękach zwojów gwintu jest brana pod uwagę poprzez niedoszacowanie dopuszczalnych naprężeń gwintu przez 40% w porównaniu z odpowiednimi dopuszczalnymi naprężeniami materiału.

Rodzaje zniszczeń gwintowanych elementów złącznych: pęknięcie pręta wzdłuż gwintu lub odcinka przejściowego przy główce; uszkodzenie lub zniszczenie nici (zapadnięcie się i zużycie, ścinanie, wyginanie); uszkodzenie łba śruby (śruby).

Wymiary standardowych śrub, wkrętów i kołków spełniają warunek równej wytrzymałości wszystkich elementów łączących. Dlatego można ograniczyć się do obliczeń według jednego, głównego kryterium - wytrzymałości części gwintowanej i przyjąć rozmiary śrub, śrub i nakrętek zgodnie z tabelami normy, w zależności od obliczonej średnicy gwintu. Długość śruby, wkrętu i kołka dobiera się w zależności od grubości łączonych części.

Rozważ obliczenie wytrzymałości połączeń gwintowanych przy stałym obciążeniu.

Śruba jest obciążona siłą zewnętrzną F (śruba bez wstępnego dokręcenia), na przykład gwintowany odcinek haka do zawieszenia ładunku. Niebezpieczny jest odcinek haka osłabiony przez cięcie (ryc. 26.21). Z warunku wytrzymałości na rozciąganie

(26.22)

(26.23)

gdzie =0,6 to dopuszczalne naprężenie rozciągające śruby ze stali węglowej.

Śruba jest dokręcona z siłą dokręcania Fc i nie występuje obciążenie zewnętrzne (nieobciążone osłony, wsporniki itp.). Trzon śruby podlega połączonemu działaniu rozciągania i skręcania, tj. rozciągnięty siłą osiową F 3 od dokręcenia śruby i skręcony o moment równy momentowi sił tarcia w gwincie T p (wzór (26.16)), Wytrzymałość takich śrub (ryc. 26.22) jest określona przez równoważnik stres

(26.24)

gdzie jest naprężenie rozciągające, określone wzorem (26.22) przy F=F s; - naprężenia skrętne, - wymagany współczynnik bezpieczeństwa śruby, przyjmowany w zależności od materiału

śruby, charakter obciążenia i średnicę śruby.

W przypadku standardowych gwintów metrycznych, tj. obliczenie śruby dla połączonego działania rozciągającego i skręcającego można zastąpić obliczeniem rozciągania, ale przy sile Fp zwiększonej o 1,3 razy. Do gwintów metrycznych

(26.25)

Projektową średnicę gwintu śruby określa wzór (26.23), biorąc

Połączenie śrubowe jest obciążone siłami, które przesuwają części na złączu. Warunkiem niezawodności połączenia jest brak przesunięcia części w złączu.

W związku ze szczeliną (ryc. 26.23 a) śruba jest montowana ze wstępnym dokręceniem. Siła zewnętrzna F nie jest przenoszona bezpośrednio na śrubę, więc jest obliczana dla rozciągania wzdłuż

siła docisku F c.

Ryż. 26.23

Aby uniknąć ścinania części w obecności szczeliny, siła tarcia na powierzchniach złącza musi być nie mniejsza niż zewnętrzna siła ścinająca F:

(26.26)

Gdzie I- liczba połączeń w połączeniu; F- współczynnik tarcia; k- współczynnik bezpieczeństwa ( DO= 1,3 – 1,5 przy statyce i DO== 1,8 - 2,0 przy zmiennym obciążeniu); Z to liczba śrub w połączeniu.

Śruba w tym przypadku jest obliczana na podstawie siły dokręcania

(26.27)

Podczas instalowania śruby bez szczeliny (ryc. 26.23 b) wstępne dokręcenie nie jest wymagane. Śruba jest ścinana i wyginana. Trzpień śruby liczyć

cięte i z cienkimi detalami - i miażdżące. Warunki wytrzymałościowe:

(26.28)

gdzie - odpowiednio projekt i dopuszczalne naprężenia dla materiału śruby na ścinanie, = (0,2 - 0,3); d o jest średnicą nieobciętej części śruby; - odpowiednio obliczone i najniższe dopuszczalne naprężenie załamujące (dla materiału śruby lub części), = (0,8 - 1,0); S- najmniejsza grubość części.

Śruba jest dokręcona, a obciążenie zewnętrzne ma tendencję do otwierania złącza (śruby do mocowania pokryw zbiorników gazu i cieczy obciążonych ciśnieniem powyżej ciśnienia atmosferycznego, mocowania butli, pomp, ram do fundamentów itp.). Dokręcenie śrub musi zapewniać szczelność połączenia lub nierozwieranie się złącza (aby zapobiec pojawieniu się szczeliny) pod obciążeniem. Ten problem został rozwiązany z uwzględnieniem odkształcenia części łączących.

Obciążenie zewnętrzne (R to obciążenie wypadkowe; Z to liczba śrub) powoduje wydłużenie śruby o (ryc. 26.24), a odkształcenie części zmniejsza się o tę samą wartość. Zmniejszy się również obciążenie części na śrubie. Dlatego uważa się, że śruba odbiera część obciążenia zewnętrznego.

gdzie jest współczynnikiem obciążenia zewnętrznego, pokazującym, jaka część obciążenia zewnętrznego jest odbierana przez śrubę (uwzględnia zgodność śruby i części, które mają być połączone).

Wartość jest określona przez warunek równości dodatkowych odkształceń śruby i części. Od warunku zachowania gęstości złącza łączonych części (niemożność utworzenia szczeliny) weź

(26.31)

gdzie K z jest współczynnikiem bezpieczeństwa napięcia wstępnego: przy stałym obciążeniu K z = 1,25 - 2,0; ze zmienną Kz = 2,5 – 4.

Przy obliczaniu wytrzymałości, jeśli możliwe jest późniejsze dokręcenie śruby, oblicza się ją zgodnie z obciążeniem projektowym F p, biorąc pod uwagę skręcanie: (26.32)

Wymiary podano dla kół z uzębieniem zewnętrznym.