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»









































Выполнил студент МиАС III – 2

КАРАБАНОВ.В.М..

Проверил

АБРАМОВ В.Н.













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

	 - коэффициент основной нагрузки при отсутствии прокладок;

	К – коэффициент затяжки.

Расчетную силу Fр 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);

	      Kсц – коэффициент запаса сцепления(Ксц=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

	

	Крепящиеся

	элементы

	Вид нагружения болтов(по пункту задания)

	Расчетный диаметр

	Принятый диаметр

	Обозначение резьбы выбранного болта

	

	

	Кронштейн

	

	

	

	

	Болт нагружен осевой силой

	

	8,82

	10,11

	M12

	

	1.2 Болт предварительно затянут и нагружен осевой силой (неконтролируемая затяжка)

	1.2.1 Последующая затяжка отсутствует

	при постоянной нагрузке

	19

	20,75

	M24

	

	

	

	при переменной нагрузке

	23,2

	26,21

	M30

	

	

	1.2.2 Последующая затяжка под нагрузкой возможна

	при постоянной нагрузке

	15,7

	17,29

	M20

	

	

	

	при переменной нагрузке

	21,7

	26,21

	M30

	

	1.3 Условия нагружения по п.1.2.1,б с контролируемой затяжкой

	

	16,4

	17,29

	M20

	Пластины

	

	4. Пластины, нагруженные статической силой, сдвигающей детали в стыке

	4.1 Болты установлены с зазором (одна плоскость стыка)

	27,9

	31,67

	M36

	

	

	4.2 Болты установлены с зазором (две плоскости стыка)

	25,5

	26,21

	M30

	

	

	4.3 Болты установлены без зазора (две плоскости стыка)

	11

	11

	M10

	

	5. Один палец нагружен статической силой

	

	7,8

	8,37

	M10

	

	

	

	

	

	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

	

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

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

	

	









2