2.3.4. Расчеты на прочность резьбового соединения

Разрушение болтов и винтов может происходить вследствие среза резьбы, поломки стержня по резьбовому или переходному сечению или разрушения винта у головки. Так как размеры стандартных болтов, винтов и шпилек отвечают условию их равнопрочности, то расчет производят на прочность нарезанной части стержня.

Если болт нагружен осевой растягивающей силой (предварительная и последующая затяжки отсутствуют, соединение ненапряженное), то условие прочности болта рассчитывают по формуле

[σ]_р, (4)

где σ_р – расчетное напряжение растяжения в поперечном сечении болта, Па; F – сила, растягивающая болт, Н; d₁ – внутренний диаметр резьбы болта, мм; [σ]_р – допускаемое напряжение на растяжение болта, Па.

Из формулы (4) можно рассчитать проектный диаметр болта:

. (5)

Болт, работающий одновременно на растяжение и кручение (при начальной силе затяжки), рассчитывают по расчетной силе, увеличенной по сравнению с силой, растягивающей болт, в 1,3 раза. Проектный расчет рекомендуется производить по формуле

. (6)

В некоторых случаях болт, установленный в отверстие с зазором, нагружен поперечной силой. В этом случае болт затягивается с такой силой затяжки F_з, чтобы возникающая при этом сила трения F_f на поверхности стыка соединяемых деталей была не меньше внешней сдвигающей поперечной силы F. В результате этого болт работает на растяжение от силы F_з. Необходимую силу затяжки болта определяют по формуле

, (7)

где f – коэффициент трения между соединяемыми деталями (для чугуна и стали f = 0,15…0,2). Проектный расчет болта производят с учетом 20 %-го запаса от сдвига деталей и с учетом крутящего момента при затяжке болта по формуле

. (8)

В случае установки болта в отверстие без зазора, нагруженного поперечной силой, его рассчитывают на срез по формуле

, (9)

где τ_с – расчетное напряжение среза болта, Па; F – поперечная внешняя сила, срезающая болт, Н; d₀ – диаметр стержня болта, мм; [τ_с] – допускаемое напряжение на срез болта, Па.

Проектный расчет выполняют по формуле

. (10)

Если болтом соединяются тонкие детали, то необходимо производить проверку прочности деталей на смятие по формуле

, (11)

где h – длина наиболее сминаемой части стержня болта, мм; σ_см – расчетное напряжение смятия в болтовом соединении, Па; [σ_см] – допускаемое напряжение на смятие болтового соединения, Па.

Допускаемое напряжение на срез болтов рекомендуется принимать

. (12)

Допускаемое напряжение на смятие болтовых соединений при скреплении стальных деталей:

. (13)

В табл. 1 занести данные, полученные при нарезании резьбы в различных материалах.

Таблица 1

Характеристики различных металлов при нарезании резьбы вручную

Металл	Скорость нарезания резьбы,v, м/с		Сила резания, P, Н		Проектный диаметр стержня болта, мм	Диаметр отверстия в гайке, мм	Сила затяжки соединения, Fзат, Н
	на болте, vб	на гайке, vг	на болте, Pб	на гайке, Pг
Сталь
Алюминий
Медь (латунь)

Контрольные вопросы

1. Назовите основные отличия резьб и их применение.

2. Опишите способы изготовления резьб.

3. В чем заключаются отличительные особенности инструмента для нарезания резьбы?

4. Расскажите последовательность нарезания резьбы на стержне и гайке.

5. Назовите основные отличительные черты плашки и метчика?

8. Рассмотрите на примере кондуктора возможность использования приспособления для сверления отверстий в телах вращения.

9. Предложите (рассмотрите) варианты простых приспособлений для выполнения резьбовых соединений в нестандартных деталях.

10. Опишите последовательность сборки резьбовых соединений.