3. Розрахунок з’єднань на високоміцних болтах

Особливістю цих з’єднань є те, що їх міцність досягається не за рахунок роботи болтів на зріз і зминання, а за рахунок тертя, яке виникає між площинами елементів, що з’єднуються. Для цього необхідно нятягувати болти до виникнення в них зусиль, які забезпечили б передачу сил, діючих в з’єднанні, тільки за рахунок виникаючого тертя. Таким чином, з’єднання на високоміцних болтах є зсувостійкими з’єднаннями.

Виконуючи з’єднання, болт розтягують, закручуючи гайку. Сила натягу болта контролюється спеціальним динамометричним ключем за моментом закручування або за кутом повороту гайки. Розтягнутий болт стискує елементи, що з’єднуються, за рахунок чого між ними виникає сила тертя, яка і чинить опір зсувним зусиллям. Найчастіше використовують болти діаметром 20, 24 і 27 мм, які встановлюють в отвори з зазором 1...4 мм.

Формули для визначення розрахункових опорів Таблиця 3

болтових з’єднань

		Розрахункові опори одноболтових з’єднань
Напру-	Умовні	зрізу та розтягу болтів класів			зминанню еле-
жений стан	позна- чення	4.6; 5.6; 6.6	4.8; 5.8	8.8; 10.9	ментів, що з’єд- нуються, із сталі з межею текучості до 440 МПа (4500кгс/см^2)
Зріз	Rbs	Rbs = = 0,38Rbun	Rbs = = 0,4Rbun	Rbs= = 0,4Rbun	
Розтяг	Rbt	Rbt = = 0,42Rbun	Rbt = = 0,4Rbun	Rbt = = 0,5Rbun	
Зминання: а) болти класу точності А б) болти класу точності В і С	Rbp	 	 	 	Rbp = (0,6 + + 410)Run Rbp = (0,6 + + 340)Run
Примітки: 1. Допускається застосовувати високоміцні болти без регулювання натягу із сталі марки 40Х «селект», у цьому випадку розрахункові опори слід визначати як для болтів класу 10.9, а розрахунковий опір Rbp як для болтів класу точності В і С. 2. Високоміцні болти за ТУ 14-4-1345-85 допускається застосовувати тільки в разі їх роботи на розтяг.

Розрахункові опори зрізу та розтягу болтів Таблиця 4

Напру-жений	Умовне позна-	Розрахунковий опір, МПа (кгс/см^2), болтів класів
стан	чення	4.6	4.8	5.6	5.8	6.6	8.8	10.9
Зріз	Rbs	150 (1500)	160 (1600)	190 (1900)	200 (2000)	230 (2300)	320 (3200)	400 (4000)
Розтяг	Rbt	170 (1700)	160 (1600)	210 (2100)	200 (2000)	250 (2500)	400 (4000)	500 (5000)

Розрахункові опори зминанню елементів, Таблиця 5

що з’єднані болтами

Тимчасовий опір	Розрахунковий опір, МПа (кгс/см^2) зминанню елементів, що з’єднані болтами
сталі елементів, що з’єднуються, Run, МПа (кгс/см^2)	класу точності А	класів точності В і С, високоміцних без натягу, що регулюється
360 (37) 365 (37) 370 (38) 380 (39) 390 (40) 400 (41) 430 (44) 440 (45) 450 (46) 460 (47) 470 (48) 480 (49) 490 (50) 500 (51) 510 (52) 520 (53) 530 (54) 540 (55) 570 (58) 590 (60)	475 (4800) 485 (4900) 495 (5100) 515 (5300) 535 (5500) 560 (5750) 625 (6400) 650 (6650) 675 (6900) 695 (7150) 720 (7350) 745 (7600) 770 (7850) 795 (8150) 825 (8400) 850 (8650) 875 (8950) 905 (9200) 990 (10050) 1045 (10600)	430 (4350) 440 (4450) 450 (4600) 465 (4800) 485 (5000) 505 (5200) 565 (5800) 585 (6000) 605 (6200) 625 (6400) 645 (6600) 670 (6850) 690 (7050) 710 (7250) 735 (7500) 760 (7750) 780 (7950) 805 (8200) 880 (8950) 930 (9450)

Коефіцієнти умов роботи болтових з’єднань Таблиця 6

Характеристика з’єднання	Коефіцієнт умов роботи з’єднання, в
1. З’єднання на високоміцних болтах, якщо кількість болтів: n < 5 5 n < 10 n 10 2. Багатоболтове в розрахунках на зріз і зминання, якщо болти: класу точності А класів точності В і С, високоміцних з натягом, що не регулюється 3. Болтове з’єднання в розрахунку на зминання елементів, що з’єднуються, із сталі з межею текучості до 380 МПа (3900 кгс/см^2), якщо відстані а = =1,5d і b = 2d	0,8 0,9 1,0 1,0 0,9 0,85
4. Теж саме, якщо відстані: 1,5d < a 2d 2d < b 2,5d 5. Одноболтове з’єднання в розрахунку на зминання елементів решітки (розкосів і розпірок) із сталі з межею текучості до 380 МПа (3900 кгс/см^2), якщо відстань a = 1,35d і товщина полиці до 6 мм	За інтерполяцією між значеннями з п. 2 і 3 0,65
6. Одноболтове і багатоболтове в розрахунку на зминання, якщо а = 1,5d і b = 2d в елементах конструкцій із сталі з межею текучості, МПа (кгс/см^2): до 285 (2900) від 285 (2900) до 380 (3900)	0,8 0,75
Позначення, що прийняті в таблиці: а - відстань вздовж зусилля від краю елемента до центру найближчого отвору; b - теж саме між центрами отворів; d - діаметр отвору для болта. Примітка. Коефіцієнти, встановлені в п. 2 і 3, 2 і 4, 2 і 6, слід враховувати одночасно.

Площі перерізу болтів Таблиця 7

d, мм	16	18*	20	22*	24	27*	30	36	42	48
Ab, см^2 Abn, см^2	2,01 1,57	2,54 1,92	3,14 2,45	3,80 3,03	4,52 3,52	5,72 4,59	7,06 5,60	10,17 8,16	13,85 11,20	18,09 14,72
* Болти вказаних діаметрів застосовувати не рекомендується

Ефективність болта зростає із збільшенням розтягуючої (стискуючої елементи) сили, а це досягається із збільшенням міцності матеріалу болта. Тому використовують болти класів міцності 8.8 і 10.9 із звичайної сталі, а також із сталі марок 40Х «селект», 30Х3МФ, 35Х2АФ та інших, тобто використовують високоміцні матеріали, для яких R_вип значно вище, ніж для звичайних болтів (табл. 8).

Оскільки міцність з’єднань на високоміцних болтах досягається за рахунок сил тертя, то дуже важливим є підвищення значення коефіцієнта тертя , що забезпечується попередньою обробкою поверхонь елементів, що з’єднуються, різними способами (табл. 9). В деяких випадках ці поверхні склеюють і отримують так звані клеєболтові з’єднання.

Механічні властивості високоміцних болтів Таблиця 8

Номінальний діаметр різьби d, мм	Марка сталі за ГОСТ 4543-71*	Найменший тимчасовий опір Rbun, Н/мм^2 (кгс/мм^2)
Від 16	40Х «селект»	1100 (110)
до	30ХЗМФ	1350 (135)
27	30Х2НМФА
30	40Х «селект»	950 (95)
	30ХЗМФ, 35Х2АФ	1200 (120)
36	40Х «селект»	750 (75)
	30ХЗМФ	1100 (110)
42	40Х «селект»	650 (65)
	30ХЗМФ	1000 (100)
48	40Х «селект»	600 (60)
	30ХЗМФ	900 (90)

Коефіцієнти  та _h Таблиця 9

Спосіб обробки (очищення) поверхонь, що з’єднуються	Спосіб регулю- вання натягу	Коефі- цієнт тертя 	Коефіцієнти h за навантаження та різниці номінальних діаметрів отворів і болтів , мм
			динамічне і  = 3...6 статичне і  = 5...6	динамічне і  = 1 статичне і  = 1...4
1	2	3	4	5
1. Дробеметний або дробеструменевий двох поверхонь без консервації	За М « 	0,58 0,58	1,35 1,20	1,12 1,02
2. Теж саме, з консервацією (металізацією розпиленням цинку або алюмінію)	За М « 	0,50 0,50	1,35 1,20	1,12 1,02
3. Дробом однієї поверхні з консервацією полімерним клеєм і посипкою карборундовим по-	За М « 	0,50 0,50	1,35 1,20	1,12 1,02
рошком, стальними щітками без консервації - другої поверхні
4. Газополум’яний двох поверхонь без консервації	За М « 	0,42 0,42	1,35 1,20	1,12 1,02
5. Стальними щітками двох поверхонь без консервації	За М « 	0,35 0,35	1,35 1,25	1,17 1,06
6. Без обробки	За М « 	0,25 0,25	1,70 1,50	1,30 1,20
Примітки. 1. Спосіб регулювання натягу болтів за М означає регулювання за моментом закручування, а за  - за кутом повороту гайки. 2. Допускаються інші способи обробки поверхонь, що з’єднуються, які забезпечують значення коефіцієнтів тертя  не нижче за зазначені у таблиці.

Розрахункове зусилля Q_bh, яке може бути сприйняте кожною поверхнею тертя елементів, що з’єднуються, зтягнутих одним високоміцним болтом, необхідно визначати за формулою

Q_bh = , (5)

де R_bh = 0,7R_bun - розрахунковий опір розтягу одного високоміцного болта (R_bип визначають за табл. 8); _b - коефіцієнт умов роботи з’єднання (табл. 6); А_вп - площа перерізу болта нетто (табл. 7);  - коефіцієнт тертя (табл. 9); _h - коефіцієнт надійності (табл. 9).

Кількість високоміцних болтів у з’єднанні за дії поздовжньої сили N слід визначати за формулою

, (6)

де k - кількість поверхонь тертя елементів, що з’єднуються.

Натяг високоміцного болта виконують осьовим зусиллям

Р = R_bh · A_bn = 0,7R_вип · А_bn (7)

Розрахунок на міцність елементів, які послаблені отворами під високоміцні болти, виконують:

а) за дії динамічних навантажень - за площею перерізу А_п;

б) за дії статичних навантажень - за площею перерізу А, якщо А_п   0,85А, чи за умовною площею А_с = 1,18А_п, якщо А_п < 0,85А.