чало самоотвннчивання (сила Р) здесь отсутствует, отвертывание гайки может произойти от любых случайных причин. Стопоренне гаек в данном случае не помогает. Хотя гайка и остается связанной с болтом, соединение теряет работоспособность вследствие ослабления предварительной затяжки. Способы предотвращения релаксации описаны ниже.

НАГРУЖЕННЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

К циклически нагруженным относятся соединения, подвергающиеся действию отнулевой или знакопеременной силы (давление рабочих, газов в цилиндрах порщневых двигателей и компрессоров, силы инерции движущихся масс в головках щатунов и подщипни-ках кривощипно-шатунных механизмов).

На рис. 450 приведена схема болтового соединения, нагруженного силой Рраб внутреннего давления. Для обеспечения правильной работы стыка болты предварительно затягивают силой Р,ат, достаточной для того, чтобы после приложения силы Рраб на стыке оставалось давление.

Для упрощения предположим, что деформации головок и навертных концов болтов не-

значительны по сравнению с деформациями стержня, и будем считать, что рабочая длина болтов равна высоте стягиваемых деталей.

Это справедливо лищь для длинных болтов. У коротких болтов (l/d < 4 -г- 5) деформации концевых элементов соизмеримы с деформациями стержня. Упругую характеристику таких болтов определяют экспериментально.

Работу соединения наглядно показывает диаграмма Р-е (рнс 451), по оси ординат которой отложены силы Р, а по оси абсцисс - относительные деформации е. Растяжение болтов (а) изображается прямой аЬ, тангенс угла наклона которой к оси абсцисс (в соответствующем масштабе) равен

tga = ).i =£,£„

(61)

где Xi - коэффициент жесткости болтов; £i - модуль нормальной упругости материала болтов, МПа; £j - площадь сечения болтов, мм.

Сжатие корпуса изображается прямой be, тангенс угла наклона которой

tgi = X2 = £j£j, (62)

где Х2 - коэффициент жесткости корпуса; £j - модуль упругости материала корпуса; £2 - площадь сечения корпуса.

Тангенсы противолежащих упюв т и (О равны коэффициентам подат.аивости соответственно болтов (ц, = 1Д,) и корпуса (Цз = = 1А2)- Относительное удлинение болтов под действием Рзат

зат Рзат СТ

~ tga ~ Ki ~ El

где Oj - напряжение растяжения Относительное сжатие корпуса

(63) в болтах.

Рис. 450. Схема нагружеиии стяжного соединения

(64)

где - напряжение сжатия в корпусе.

Рис. 451. Диаграмма

После приложения Рраб (рис. 451,6) сила, действующая на болты, возрастает:

раст - Р-зат + Драст

(65)

где Лраст - доля Рраб, передающаяся на болты. Сила сжатия корпуса уменьщается:

(66)

Дсж = раб-Драст. (67)

Относительная деформация растяжения болтов возрастает на величину

Арас-

(68)

Деформация сжатия корпуса уменьщается на ту же величину

Ае = -

(69)

Из формул (67)-(69) находим значения Араст и Дсж> а затем подставляем их в формулы (65) и (66);

зат сж

Рраб

(70) (71) (72)

Как видно, силы, действующие в соединении, определяются отнощением Х1/Х2 (фактор жесткости соединения), равным согласно формулам (61) и (62)

Xi £iPi tga

Хг E2F2 tgP

(73)

который на диаграмме Р-е изображается отнощением отрезков

Если рабочая сила колеблется от нуля до Рраб. то переменная сила растяжения болтов пульсирует с размахом (волнистые линии на рис. 451,6)

(74)

аст - Рраст зат - j

Граб

+ Хг/Х

а переменная сила сжатия корпусов - с размахом

Рраб

Коэффициент асимметрии цикла: для болтов

(75)

"раст

для корпуса

Г2=-

(77)

Расчетным для болтов является напряжение после- приложения рабочей нагрузки

а;=(78)

пропорциональное отрезку ad.

Расчетным для корпусов является напряжение при затяжке

зат г-

(79)

пропорциональное отрезку ос.

Основные соотношения

Условие Правильной работы стяжных соединений заключается в том, чтобы при максимуме рабочей силы Рраб на стыке оставалось давление {Рак > 0), предупреждающее периодическое раскрывание стыка, потерю герметичности, нарущение жесткости системы, а в стыках «металл по металлу» - контактную коррозию, наклеп и разбивание стьшовых поверхностей. Поэтому при определении силы затяжки Рзат целесообразно исходить непосредственно из минимальной силы сжатия стыка Рсж, приняв ее пропорциональной рабочей силе:

Рж = 8Рраб, (80)

где S - коэффициент затяжки, S = = 0,5 - 2,0.

В безразмерных обозначениях (Рраб = 1) сила сжатия стыка

Р0сж = Э.

Согласно формуле (71) сила затяжки 1

Р0зат = »-Ь-

(81)

(82)

1 + X, Аз

Сила растяжения болтов

Р0раст = »+1. (83)

Размах пульсапии силы растяжения болтов

--1Т1;аГ- ""

Размах пульсации силы сжатия корпуса

Досж =

1+X,fk2

(85)

Коэффициенты асимметрии циклов, определяющие циклическую прочность: болтов

Г,=0.88 Гг=0,5!

Рис. 452. Влииние Я,/-2 на параметры соединений

корпусов

fOpacT

Росж

Роз:

(86)

(87)

Величина г, определяющая циклическую прочность корпусов и надежность стыка, столь же важна, как и величина г,. Поэтому при проектировании стяжных соединений целесообразно добиваться достаточно высоких и по возможности равных значений г, и г.

Из формул (81) и (83) следует, что минимальная сила сжатия стыка и максимальная сила растяжения болтов Рраст не зависят от Xi 1X2 и определяются только величиной S. Фактор влияет на размах пульсаций

Apai-r и Дсж, коэффициенты асимметрии г, и Г2, напряжения в болтах а, и в корпусе Oj.

С уменьщением Х1Д2 (податливые болты, жесткие корпуса) уменьшаются Арасг. 2. и возрастают Асж, г,, о, и Рзат (рис. 452, л), с увеличением Xilk2 (жесткие болты, податливые корпуса) уменьшаются Дс, а, и Р,ат и возрастают Араст, г2 и 02 (рис. 452,6).

При Х1Д2 = О (абсолютно податливые болты или абсолютно жесткие корпуса) раст = 0 и Досж=1. т.е. нагрузка на болты статическая, а пульсация нагрузки на корпуса максимальная (Дс = Рраб)- При X, /Х2 = оо (абсолютно жесткие болты или абсолютно податливые корпуса) Аосж = 0 и Дораст=1. т.е. на-

грузка на корпуса статическая, а пульсация нагрузки на болты максимальная (Араст = Рраб)-

Одинаковые параметры соединения можно получить при различных значениях и Х2, если отношение последних одинаково. Уменьшить жесткость исходной конструкции I (рис. 453) можно как снижением Х (уменьшение диаметра болтов 2; увеличение шага нх расположения 3), так н повышением Х2 (увеличение площади сечения корпуса 4). Увеличить жесткость можно как повышением X, (увеличение диаметра болтов 5; уменьшение шага их расположения 6), так и снижением Х2 (уменьшение площади сечения корпуса 7).

Однако есть существенная разница между способами регулирования жесткости. Снижение жесткости системы уменьшением Х2 повышает напряжение в болтах. Целесообразнее способ увеличения Х2, при котором напряжения в болтах не меняются, а напряжения в корпусе уменьшаются.

Для повышения жесткости системы целесообразно увеличивать Х, так как напряжения в болтах при этом снижаются, а напряжения в корпусе не меняются. При уменьшении Х2 напряжения в болтах остаются постоянными, а напряжения в корпусе возрастают.

На рис. 454 показаны в функции /Х2 безразмерные (Рраб = 1) параметры соединений для случая Э = 1 (принято £, = £2 = 1).

Максимальное напряжение в болтах (рис. 454, а)

Оо1 =

Ррраст Рораст!

= (9-И)

(88)

Рис. 453. Регулирование жесткости стижиых соединений