Расчет и выбор болтовых и штифтовых соединений для различных конструктивных решений

ГОУ ВПО

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Научно-исследовательский университет

Кафедра деталей машин

Расчетная работа

по дисциплине: «Детали машин и основы конструирования»:

«Расчет и выбор болтовых и штифтовых соединений для различных конструктивных решений»

Москва 2010 г.

Номер варианта –45

Внешняя нагрузка на кронштейн и пластины F=55кН

Число болтов z=6

Материал болтов 4.6

Айзенберг Михаил

1. Расчет и подбор стандартных болтов для крепления кронштейна для случаев нагружения, приведенных в п.1.1-1.3

1.1 Болты нагружены осевой растягивающей силой (предварительная и последующая затяжка их отсутствует).

Расчетный внутренний диаметр резьбы

мм

где - допускаемые напряжения в винте при растяжении

Н

- коэффициент запаса прочности

Выбираем диаметр болта d₁=10.11 мм.(М12)

1.2.1 Затяжка болтов производится до приложения силы

где F_вн – внешняя отрывающая нагрузка, приходящаяся на один болт (при равномерном нагружении Н;

- коэффициент основной нагрузки при отсутствии прокладок;

К – коэффициент затяжки.

Расчетную силу F_р и диаметры болтов (п.1.2.1 и п. 1.2.2) определили для двух вариантов внешней нагрузки: Айзенберг Михаил

а) при постоянной внешней нагрузке (К=1,5…2)

Выбрали К=1,75 и .

Н

МПа

Выбрали коэффициент запаса прочности при неконтролируемой затяжке.

мм.

Выбрали диаметр болта d₁=17.29мм. (М20).

Вновь выбрали коэффициент запаса прочности .

МПа

мм.

Выбрали диаметр болта d₁=20.75 мм. (М24).

б) при переменной от 0 до F внешней нагрузке (К=2…4)

Выбрали К=3 и

Н

МПа

Выбрали коэффициент запаса прочности при неконтролируемой затяжке.

мм.

Выбрали диаметр болта d₁=26.21мм. (М30).

1.2.2 Последующая дополнительная затяжка болтов под нагрузкой F:

а) при постоянной внешней нагрузке (К=1,5…2)

Выбрали К=1,75 и .

Н

МПа

Выбрали коэффициент запаса прочности при неконтролируемой затяжке.

мм.

Выбрали диаметр болта d₁=17.29 мм. (М20).

б) при переменной от 0 до F внешней нагрузке (К=2…4)

Выбрали К=3 и

Н

МПа

мм.

Выбрали диаметр болта d₁=26.21 мм. (М30).

1.3 Расчет болта при условии нагружения по п.1.2.1,б, но с контролируемой затяжкой.

Выбрали К=3,5, и коэффициент запаса прочности .

МПа

мм

Выбрали диаметр болта d₁=17,29 мм. (М20).

Н

2. Для выбранного диаметра стандартного болта при нагружении по п.1.3 выполнили следующее:

2.1 Определили размеры плиты кронштейна

t=(3…4)d=(60…80)=70 мм.

С=(1,0…1,2)d=(20…24)=22мм.

Е=(1,2…1,5)d=(24…30)=27 мм.

h₁=(1,3…1,6)d=(26…32)=30 мм.

где d – номинальный(наружный) диаметр болта.

2.2 Подобрали длину болта l и его резьбовой части l₀, а также гайку для этого болта, с учетом l₃=(1…3)p=6.

Длину болта приняли равной 80мм.

Болт М36 – 8g35.56 ГОСТ 7798-70

Болт нормальной точности исполнения 1, диаметром резьбы d=20 мм., длиной 80 мм., с крупным шагом резьбы, с полем допуска 8g, классом прочности 5.6, маркой стали 20, без покрытия.

Гайка М36 – 6.35 ГОСТ 5915-70

Гайка нормальной точности исполнения 1, диаметром резьбы d=20 мм., с крупным шагом резьбы, с полем допуска 7Н, классом прочности 6, маркой стали 20, без покрытия.

3. Для крепления кронштейна при нагружении по п.1.3 и выбранных параметров по п.2 выполнили следующее:

3.1 Определяли аналитически величину предварительной затяжки болта

мм

мм

где - площадь сечения гладкой части болта, мм;

- площадь сечения нарезанной части болта, мм.

где - податливость болта, равная его деформации при единичной нагрузке;

- модуль упругости материала болта ( Н/мм²);

l₂ – длина гладкой части стержня болта, мм;

l₁ – расчетная длина нарезанной части болта между гладкой частью болта и опорной поверхностью гайки, плюс половина длины свинчивания (высоты гайки), мм.

мм

где - площадь поперечного сечения деталей в месте распространения деформации, мм;

а – диаметр опорной поверхности гайки, который в расчетах можно принимать равным размеру под ключ, т.е. мм;

Для соединения плит кронштейна без прокладок

Н

Н

3.2 Определить графически величины сил, действующих после приложения внешней нагрузки.

Рис. 3. Диаграмма совместной работы деталей соединения.

3.3 Определить аналитически величины нагрузок .

Н

Н

Н

Н

ПроверкаН

3.4 Рассчитать болт на статическую прочность (по максимальным напряжениям):

,

где - максимально возможные напряжения в болте;

Условие выполняется.

МПа

3.5 Проверить болты на выносливость от действия на соединение возможной переменной временной нагрузки, изменяющейся по циклу от до с амплитудой .

Амплитуда нормальных напряжений

МПа

Нормальные напряжения в болте затяжки (минимальные напряжения цикла)

МПа

Средние нормальные напряжения в болте

МПа

Максимальные напряжения в болте

МПа

Запас прочности по переменным напряжениям подсчитывается по формуле

где- предел выносливости материала определяется по табл.1,1[1](МПа);

- эффективный коэффициент концентрации напряжений();

- коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений.

Условие выполняется.

4. Для соединения пластин болтами, нагруженными статической силой F, сдвигающей детали в стыке, выполнить следующее:

4.1 Рассчитать и подобрать стандартные болты, установленные в отверстии с зазором при одной плоскости стыка в соединении. Необходимый внутренний диаметр резьбы

мм

где f – коэффициент трения для стальных поверхностей(f=0,15…2=0,17);

i– число плоскостей стыка деталей(i=1);

K_сц – коэффициент запасасцепления(К_сц=1,3…1,5=1,4)

МПа

Выбрали диаметры болтов d₁=31,67. (М36).

выбрали коэффициент запаса прочности .

4.2 Рассчитать и подобрать стандартные болты, установленные в отверстии с зазором при двух плоскостях стыка(i=2) в соединении (рис. 4,б)

мм

Выбрали диаметры болтов d₁=26,21мм. (М30).

Вновь выбрали коэффициент запаса прочности

МПа

мм

Выбрали диаметры болтов d₁=26.21 мм. (М30).

4.3 Болт установлен в отверстие, калиброванное разверткой без зазора, при двух плоскостях стыка в соединении

4.3.1 Определить диаметр стержня болта в опасном сечении

мм

где - число болтов, принимаемое в два раза меньше чем по варианту задания;

- допускаемые напряжения на срез болтов(МПа);

i=2 – число плоскостей среза.

Выбрали диаметр болта d₀=11мм. (М10).

4.3.2 Определить требуемую рабочую толщину средней пластины из условия прочности детали на смятие

мм

где - допускаемые напряжения на смятие для болтового соединения определятеся по табл.14 [1] (МПа).

Выбрали материал пластин – Ст 20кп.

4.3.3 Определить размеры(толщины) пластин (рис.4, А-А) и выбрать стандартный болт по ГОСТ 7817-72 [1].

Толщина средней пластины без фасок на отверстии или при наличии фасок на отверстии , где - глубина фасок .

Приняли мм.(без фасок) и мм.(с фасками).

Толщина крайних пластин

где - 1…8 мм. – добавка, зависящая от мм.

Приняли мм.

Приняли мм.

Длина рабочей части болта

мм.

мм.

Условие выполняется.

4.3.4 Сделать эскиз резьбового соединения

5. Для соединения пластин с помощью пальца, нагруженного статической силой F, выполнить следующее:

5.1 Определить диаметр пальца в опасном сечении по зависимости п. 4.3.1 при .

мм.

Выбрали диаметр болта d=8,37 мм. (М10).

5.2 Определить толщины средней h₄ и крайних h₅ пластин. Из зависимости по п.4.3.2

мм.

мм – в зависимости от диаметра пальца

(мм.)

Приняли h₄=31 мм.

мм.

Приняли h₅=16мм.

5.3 Сделать эскиз соединения пластин с помощью пальца

6. Результаты расчетов занести в сводную таблицу и сделать сравнительный анализ различных вариантов конструктивных решений соединений

Сводная таблица результатов расчета

7. Штифт установлен в отверстие, калиброванное разверткой без зазора в двух плоскостях стыка в соединении

7.1 Определить диаметр стержня штифта в опасном сечении

мм

где - число штифтов, принимаемое в два раза меньше чем по варианту задания;

- допускаемые напряжения на срез штифтов(МПа);

i=2 – число плоскостей среза.

Штифт 3 20 ГОСТ 3128-70

7.2 Определить диаметр пальца в опасном сечении по зависимости п. 4.3.1 при .

мм.

Штифт 5 20 ГОСТ 3128-70

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 1999. – Т.1.

2. Иванов М.Н. Детали машин. М.: Высш.шк., 1998.