БОЛТ

Полезная модель относится к средствам крепежа, в частности необходимого для создания разъемных резьбовых соединений авиационных конструкций.
Известен болт с шестигранной головкой, содержащий головку, гладкую часть и нарезную часть. (ОСТ 131102-80÷ОСТ 131108-80) - [1].
Известен болт с шестигранной облегченной головкой, содержащий облегченную головку, гладкую часть и нарезную часть. Головка имеет цилиндрическое центровое отверстие в торцевой части. Глубина цилиндрического отверстия от 1,6 до 3,4 мм (ОСТ 131240-86÷ОСТ 131241-86) - [2].
Известен болт с потайной головкой, посадкой Пл и короткой нарезной частью, содержащий потайную головку, выполненную под углом 90°, гладкую часть и нарезную часть. Имеет допустимый вариант с центровым цилиндрическим отверстием в торце нарезной части. Глубина цилиндрического отверстия от 0,6 до 1,2 мм (нормали 5019А÷5021А) - [3].
Все вышеперечисленные болты имеют недостаточно малый вес.
Для сравнительного анализа с заявляемой полезной моделью взят болт с шестигранной головкой, содержащий головку, гладкую часть и нарезную часть [1].
Болт имеет участки с избыточной прочностью.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в снижении веса болта при сохранении его прочностных характеристик.
Технический результат достигается тем, что в болте, состоящем из головки, гладкой части и нарезной части, новым является то, что в торце нарезной части болта выполнено центровое конусообразное отверстие.
Наибольший диаметр центрового конусообразного отверстия равен разнице между диаметром болта и четырьмя шагами резьбы.
Глубина центрового конусообразного отверстия равна высоте шестигранной высокой гайки того же диаметра.
Сущность полезной модели поясняется на Фиг.1.-Фиг.2, где
Фиг.1 - Облегченный болт.
Фиг.2 - Диаграммы напряжений растяжения необлегченного и облегченного болтов.
Болт имеет головку 1, гладкую часть 2, нарезную часть 3, центровое конусообразное отверстие 4 выполненное в торце нарезной части болта.
Болт M10 изготовленный из стали 30ХГСА имеет следующие характеристики:
Диаметр болта D=10 мм.
Шаг резьбы Р=1,5 мм.
Диаметр d центрового конусообразного отверстия равен разнице между диаметром болта D и четырьмя шагами резьбы Р.
d=D-4Р=10-4·1,5=4 мм.
Глубина центрового конусообразного отверстия L равна высоте шестигранной высокой гайки того же диаметра по ОСТ 133017-80÷ОСТ 133024-80.
L=8,5 мм.
гл
2
Площадь гладкой части F=78,54 мм.
н
2
Площадь нарезной части F=49,2 мм.
в
2
Предел прочности для стали 30ХГСА σ=110 кгс/мм.
p
Разрушающее усилие растяжения болта N=5415 кгс.
3
Плотность стали ρ=0,0078 г/мм.
p
Напряжение растяжения в гладкой части болта при приложении к нему усилия N
Напряжение растяжения в нарезной части болта, на участке между гладкой частью и частью с установленной гайкой.
2
На участке с установленной гайкой напряжение растяжения снижается со 110 кгс/мм до 0. У необлегченного болта на этом участке диаграмма напряжений имеет линейный вид, а у облегченного - ступенчатый (см. Фиг.2). В обеих болтах напряжения растяжения не превышают предела прочности.
В болтовом соединении возможный срез болта происходит в расчетном сечении гладкой части. Нарезная часть болта воспринимает только растягивающие усилия. При растяжении разрушение болта происходит в расчетном сечении, ослабленном резьбой - на участке между гладкой частью и частью с установленной гайкой. Растягивающую нагрузку без разрушения (среза витков резьбы) выдерживают только шестигранные высокие гайки. Глубина центрового конусообразного отверстия не превышает высоты шестигранной высокой гайки того же диаметра. При выполнении этого условия центровое конусообразное отверстие не ослабит расчетное сечение.
Растягивающая нагрузка равномерно нагружает витки резьбы по длине соединения гайки с болтом. При этом максимальная растягивающая нагрузка будет в начале соединения гайки с болтом, минимальная - в конце соединения. Для достижения равнопрочности по длине соединения гайки с болтом, площадь сечения должна равномерно уменьшаться от более нагруженного сечения к менее нагруженному. Это достигается выполнением конусообразного отверстия в торце нарезной части болта.
Диаметр центрового конусообразного отверстия, равный разнице между диаметром болта и четырьмя шагами резьбы, определяется как максимально возможный диаметр, не ослабляющий сечение в торце нарезной части болта. Сечение в торце нарезной части болта с центровым конусообразным отверстием - кольцо с толщиной стенки равной одному шагу.
Вес удаленной конусообразной части
Операция по высверливанию центрового конусообразного отверстия не является трудоемкой. Учитывая то, что в летательных аппаратах количество облегченных болтов может достигать нескольких сот, снижение веса летательного аппарата будет заметным.
Высверливание центрового конусообразного отверстия в торце нарезной части приведет к снижении веса болта при сохранении его прочностных характеристик.