4.1.3. Фиксация крепежных элементов.

При воздействии вибраций возможно отвинчивание крепежных элементов, для предотвращения которого вводят фиксирующие элементы, увеличивают силы трения, устанавливают крепежные элементы на краску и пр. При выборе методов фиксации крепежных элементов должны учитываться следующие соображения:

обеспечение прочности соединения при заданных нагрузках и климатических воздействий;

быстрота выполнения соединения, его стоимость;

последствия, к которым приведет отказ соединения;

срок службы.

При выборе крепежных деталей следует принимать во внимание возможность замены износившихся или поврежденных деталей, использования вместо винтовых пар быстро сочленяемых элементов: петель, защелок, собачек и пр. Болты должны быть ориентированы головкой вверх, чтобы при отвинчивании гайки болты оказывались бы на установочном месте. Рекомендуется применять несколько больших крепежных деталей вместо большого числа маленьких. Число оборотов, необходимых для затягивания или отпускания винта, должно быть не менее 10.

На рис. 4.10 приведены различные способы фиксации крепежных элементов. Пружинная шайба (рис. 4.10а) фиксирует гайку или головку винта и устанавливается между гайкой или головкой винта и поверхностью соединяемой детали. Для предохранения от соскабливания покрытий соединяемых деталей острой режущей частью пружинной шайбы между ней и поверхностью детали устанавливается плоская шайба. На рис. 4.10б показана разновидность пружинной шайбы – зубчатая пружинная шайба. Зубцы шайбы ориентируются по внешней или внутренней поверхности. В первом случае детали фиксируются надёжно, не вызывая повреждение поверхности тела винта. После затягивания гайки участок стопорной шайбы, противоположный стопору (рис. 4.10в), отгибают, прижимая его к поверхности гайки. В отверстие, просверленное после затягивания гайки, устанавливают штифт (рис. 4.10г). Корончатая (прорезная) гайка фиксируется шплинтом (рис. 4.10д), проходящим через отверстие в теле болта. В головках болтов просверливаются отверстия, через которые протягивается и закручивается страховочная проволока (рис. 4.10ж). Фиксация трением: гайка с овальным отверстием и деформированной резьбой в верхней своей части при затягивании фиксируется трением на резьбе болта. Нижняя часть гайки имеет цилиндрическое отверстие и нормальную резьбу (рис. 4.10з). На рис. 4.10и показана фиксация болта. Условие надежной фиксации: верхняя гайка должна плотно прилегать к контргайке. На рис. 4.10к приведен перфорированный элемент, действующий как контрящаяся гайка. На рис. 4.10л и 4.10м показаны примеры установки крепежных элементов на краску (головка винта и шайба, болт и гайка фиксируются краской).

4.1.4. Расчет срока службы конструкции.

При возникновении колебаний конструкции появляются переменные напряжения и конструкции могут разрушаться при нагрузках значительно меньших предельной статической прочности материалов из-за появления микротрещин, на рост которых влияют особенности кристаллической структуры материалов, концентрации напряжений в углах микротрещин, условий окружающей среды. По мере развития микротрещин поперечное сечение детали ослабляется и в некоторый момент достигает критической величины - конструкция разрушается.

Если масса изделия не является критическим фактором, то конструкцию упрочняют, используя материалы с запасом, избегают введения отверстий, надсечек, сварных швов, ведут расчеты конструкций методом наихудшего случая.

Срок службы конструкции при вибрационных воздействиях определяется числом циклов до разрушения, которое может выдержать конструкция при определенном уровне нагрузки и внешних условиях. Усталостные характеристики материалов определяются на группе образцов при знакопеременной повторяющейся нагрузке F как функции от числа циклов n (рис. 4.11).

При определении срока службы вычисляются собственные частоты и динамические напряжения в конструкции. Затем по усталостной характеристике материала для найденного значения динамического напряжения находят число циклов до разрушения и срок службы.

Пример. Определить срок службы теплоотвода из алюминиевого сплава массой 30 г, на котором установлены 4 диода общей массой 60 г мостовой выпрямительной схемы вторичного источника питания (рис. 4.12).

Конструкция подвергается вибрационным нагрузкам ортогонально установочной плоскости диодов с перегрузкой . Для алюминиевого сплава модуль упругости Н/м.

Резонансную частоту теплоотвода для равномерно распределенной нагрузки можно определить из . Общая масса конструкции включает массу теплоотвода и диодов и составляет 90 грамм. Нагрузка на теплоотвод P_p^=mK_gg/l=0,09109,81/0,09=98,1H/м, момент инерции сечения j=bh³/12=0,06(210^-3)³/12=0,0410^-9 м⁴, собственная частота теплоотвода Гц.

Для определения динамической нагрузки на резонансе необходимо знать добротность системы, которую определим по приближенной формуле Динамическая нагрузка на теплоотвод определяется из

а изгибающее напряжение из

F =Mh/2j = P_дl²(h/2)/(2bh³/12) = 3P_дl²/(bh²)  710⁷ Н/m².

Таким образом, конструкция выдержит до разрушения около 10⁶ циклов, что соответствует сроку службы t=10⁶ циклов/36,5 Гц или более чем 3 часа непрерывной работы.