Рис. 473. Измерение вытяжки болтов

При наложении ключа на гайку хвостовик фиксатора заскакивает в гнездо болта, обеспечивая прямую связь между болтом и стрелкой. Перед силовой затяжкой стрелку устанавливают на нулевое деление лимба. При затяжке стрелка показывает угол поворота гайки относительно болта, т. е. угол, определяющий значение затяжки.

Наиболее точен способ измерения вытяжки болта

/i =

Рзат

£iP,

(110)

Удлинение коротких болтов измеряют микрометром 1 (рис. 473), если можно подвести губки микрометра к торцам болта (болты шатунных головок, клеммных соединений и др.).

Вытяжку длинных болтов и шпилек измеряют индикаторами или оптическими приборами, установленными на независимом осно-

"•""го 30ws0 70 100 гоа зоо sooi.mm

Рис. 475. Упругая вытяжка болтов в функции / и о,

вании 2. Индикатор показывает сумму вытяжки болта и сжатия корпуса 3. Замеры производят по шарикам, закладываемым в конические гнезда на торцах болта (рис. 474), или по сферическим поверхностям, вьшолненным заодно с торцами (способ более удобный).

Так как жесткость головки болта и участка располэжения гайки значительно выше жесткости стержня, то измерение по крайним точкам (длина Г) достаточно верно отражает вытяжку болта на длине ( соединения.

На рис. 475 показана упругая вытяжка /, болтов в функции их длины и напряжения растяжения о, (принято £, = 2 • 10 МПа). Микрометры обычной точности позволяют с погрешностью не более +10% измерять вытяжку порядка 0,03 мм. При а, = 100 МПа такую вытяжку приобретают болты длиной 60 мм, а при Oi = 200 МПа - болты длиной 30 мм. Следовательно, этот способ позволяет достаточно уверенно определять вытяжку даже коротких болтов. При обычных же параметрах (/ > 80 + 100 мм; а, = 200 МПа) вытяжка может быть определена с высокой степенью точности.

Иногда применяют систему деформируемых подкладных колец (рис. 476). Под гайку устанавливают жесткие шайбы 1, 2, мерное кольцо

Рис. 476. Контроль затяжки с помошью деформируемых колец

Рис. 474. Способы замера вытяжки болтов

3 из пластичного металла и сигнальную шайбу 4. Высоту кольца 3 выбирают так, чтобы при предварительной легкой затяжке между кольцом и сигнальной шайбой оставался расчетный зазор е, равный сумме упругих деформаций болта и стягиваемой системы под действием силы затяжки. При силовой затяжке мерное кольцо сплющивается. Затяжку прекращают тогда, когда выбирается зазор е, о чем судят по потере подвижности сигнальной шайбы.

Другой способ мерной затяжки - нагрев болтов до температуры

где /, - расчетная вытяжка, мм; / - длина болта, мм; а - коэффициент линейного расширения материала болта; to - температура сборки, °С.

Подставляя в это выражение значение из формулы (110), получаем

Нагрев производят ТВЧ, паром или горячей жидкостью, пропускаемой через центральное сверление болта (последний способ применим при болтах большого диаметра). На нагретый болт навертывают гайку до плотного смыкания стыков, после чего дают соединению остыть.

Недостатки способа: значительное усложнение технологии сборки; затруднительность точного вьщерживания температуры нагрева.

Предварительная осадка

Перед затяжкой на расчетную величину целесообразно произвести осадку соединения затяжкой болтов силой, превьииаюшей расчетную. Силовая осадка вызывает пластическую деформацию металла на участках точечного контакта и тем самым увеличивает релаксационную стойкость соединения. I Силу осадки Рос выбирают так, чтобы создать в болтах напряжение, равное 0,6-0,8 предела текучести материала болтов. Обязательна проверка напряжений, возникающих при этом в корпусах. Подставляя Рос = = (0,6 0,8)Оо,2р, в формулы (109) и (110), получают расчетные параметры при осадке: с завертыванием гаек на расчетный угол

с измерением удлинения /ос болтов

Voc = 360°(0,6 0,8)00,2 fi-(lAi + IA2);

/ос =

(0,6 0,8)ао

(112)

Гайки завертывают в несколько приемов в определенной последовательности. Соедине-Ш1е вьщерживают под затяжкой не менее 2-3 ч, после чего гайки отпускают и завертывают снова, уже на расчетную величину v или /1 [формулы (109) и (110)].

Графический расчет стяжных соединений

Графический расчет заключается в построении диаграммы Р-е.

Выбрав удобный масштаб сил, пронодят на

заготовке горизонтали Р,, = ЭРраб и Рраст = (S +

+ 1)Рраб (рис. 477, а). Из произвольной точки m на горизонтали Рраст строят вертикаль тп до пересечения с горизонталью Рсж и прямую та растяжения болтов под углом а к оси абсцисс. Затем через точку п проводят прямую Ьс сжатия корпуса под углом р к оси абсцисс (рис. 477,6). Это построение дает величины Рзат (ордината точки Ь), е, и (отрезки ао и ос).

Углы а и Р определяют из соотношений

tg<x =

Рзат Ц Ц.

----л,.

оЬ Рзат Ц 1»

tgP=-=--=-2,

ОС П 2 П

где г[ - масштаб сил; ti. - масштаб относи-тельньи деформаций.

Если, например, масштаб сил

1 мм as 1000 Н (ri = 10-), а масштаб отно-

сительных деформаций 1 мм = 0,00001 (ц = = 10" мм"), то величина ц/п = jqsjqs

= 10-8 1/Н.

Пусть Е, = 2,1 10 МПа, = 475 мм и X, =£,Fi = 2,110-475=l0 Н. Тогда tga = = 10-«108 = 1(а = 45°).

Пусть Х/Х = 0,5, т. е. >Ь2 = 2 • 10* Н. Тогда tgP = 10-»-2-108 = 2(P = 63°).

Проще следующий способ. На заготовке наносят горизонтали Р, Рраст Рзат

(рис. 477, в).

Из произвольной точки b на линии Рзат проводят под углом 45° (дая Х/Х < 1) или 60° (для lAa > 1) прямую растяжения аЬ, получая на оси абсцисс отрезок ао = Ci. По правую сторону от линии bo откладывают Отрезок 00 = 62 =

= ао-- и проводят через точку п вертикаль

Рнс. 477. Построение диаграммы Р-е

до пересечения с линией Рраст- Масштаб относительных деформаций находят из соотношения n = ei/oo, где =РзатА1-

В большинстве случаев в этом нет необходимости, так как при расчете определяют только силу.

При наличии в корпусе элементов переменной упругости характеристика корпуса становится криволинейной. Упругую характеристику подобных систем определяют экспериментально. Корпус подвергают сжатию на испытательном стенде с приложением нагрузки на участках расположения болтов и строят по точкам его характеристику.

Для расчета конструкций с криволинейной характеристикой применим только графический метод. Экспериментальную характеристику be наносят на заготовку (рис. 477, г л д) и через точку п пересечения характеристики с линией Рсх проводят вертикаль до встречи с линией Рраст. Из точки встречи ш проводят линию Ъа растяжения болтов под углом а к оси абсцисс и находят Р (ординату точки Ь).

Вогнутость характеристики (рис. 477, г) снижает амплитуду пульсации силы растяжения болтов Драст И повышает г,- Выпуклость характеристики (рис. 477,) действует противоположно.

Кривые растяжения коротких болтов, на упругость которых влияет деформация головки и резьбовой части, а также болтов с упругими элементами нелинейной характеристики определяют экспериментально. Растягивающую силу прикладывают через упругие элементы. Экспериментальную кривую наносят

на заготовку диаграммы (рис. 477, е) и через точку m встречи с линией Рраст проводят вертикаль тп, а через точку п - линию be сжатия под угхом р к оси абсцисс. Ордината точки b представляет собой Рза.

Пример расчета

Блок цилиндров двигателя, имеющий в поперечном сеченин вид, изображенный на рис. 478, притягивается к картеру шпильками длиной 400 мм с диаметром 18 мм и резьбой М24 (шаг s=l,5 мм).

Предполагаем, что силу вспышки Р = 100 кН воспринимают четыре ближайшие к цилиндру шпильки с общим сеченнем f ,= 4-0,785-18= = 1000 мм и сила затяжки шпилек распространяется на участок блока, ограниченный линиями 0-0, с площадью сечения = 7000 мм.

Блок выполнен из сплава АЛ5 (£j = 7,5-10* МПа; ао2сж = МПа; аг = 24-10~), шпильки - из сталиЗОХГС (£, = 21 -10* МПа; а„ j = 900 МПа; а, = = 11-10-*). Температура блока и шпилек на работающем двигателе 80 °С. Требуется найти максимальные напряжения в шпильках и блоке у холодного и горячего двигателя. При расчете см. график на рис. 479.

Учитывая нагрев соединения прв работе, принимаем умеренный коэффициент затяжки 8 = 0,5. Минимальная сила сжатия стыка Рж = 0,5, Ррб = = 50 кН.

Рис. 478. Сечение блока цилиндров