Фрикционные соединения на высокопрочных болтах

Прочность соединений на высокопрочных болтах зависит от сил трения, величина которых определяется натяжением болта P и коэффициентом трения μ.

Осевое усилие натяжения P высокопрочного болта определяют из выражения:

P = RbhAbn,

где  – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

Rbun – наименьшее временное сопротивление (браковочный минимум по σu) высокопрочного болта разрыву (табл. 10.28);

 – площадь сечения болта нетто (см. табл. 10.26).

Контролируют натяжение болтов при помощи специальных динамометрических ключей (с контролем крутящего момента М) или тарированным гайковертом (с контролем угла поворота гайки a)

Для изготовления высокопрочных болтов применяют легированные стали, так как они обладают хорошей прокаливаемостью, что обеспечивает более равномерное распределение механических свойств по сечению болта после его термической обработки (закалки и отпуска).

Таблица 10.28

Механические свойства высокопрочных болтов

по ГОСТ 22356 – 77*

Диаметры болтов во фрикционном соединении принимают не менее толщины наиболее толстого из соединяемых элементов. При большом количестве болтов в соединении их диаметр назначают возможно большим.

Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом, определяется по формуле

где  – коэффициент трения, принимаемый по табл. 10.29 в зависимости от способа обработки поверхности (огневую обработку поверхности разрешают применять при толщинах металла не менее 5 мм);

 – коэффициент надежности соединения (табл. 10.29), зависящий от характера нагрузки, воспринимаемой соединением, разности номинальных диаметров отверстий и болтов, способов контроля натяжения болтов и обработки поверхностей соединяемых деталей;

gb – коэффициент условий работы соединения, зависящий от количества n болтов, необходимых для восприятия расчетного усилия, и принимаемый равным 0,8 при n < 5;  0,9 при 5 £ n < 10;  1,0 при n ³ 10.

Таблица 10.29

Коэффициенты трения m и надежности gh

П р и м е ч а н и я: 1. Способ регулирования натяжения болтов по М означает регулирование по моменту закручивания, а по a – по углу поворота гайки.

2. Допускаются другие способы обработки соединяемых поверхностей, обеспечивающие значения коэффициентов трения m не ниже указанных в таблице.

Необходимое количество n высокопрочных болтов в соединении для

восприятия продольной силы N определяют по формуле

где k – количество поверхностей трения соединяемых элементов.

gс – коэффициент условий работы элемента конструкции.

Площади сечения накладок должны быть не меньше площади сечения перекрываемых ими элементов. Высокопрочные болты и их площади сечения, рекомендуемые к применению в конструкциях средней мощности, приведены в табл. 10.26.

Расчет на прочность соединяемых элементов, ослабленных отверстиями под высокопрочные болты, следует выполнять с учетом того, что половина усилия, приходящаяся на каждый болт, в рассматриваемом сечении уже передана силами трения. При этом проверку ослабленных сечений следует производить: при динамических нагрузках – по площади сечения нетто An, при статических нагрузках – по площади сечения брутто А при An ³ 0,85A либо по условной площади Ac = 1,18An при An < 0,85A.

Пример 10.12. По исходным данным примера 10.11 рассчитать фрикционное болтовое соединение на высокопрочных болтах. Стык осуществляем высокопрочными болтами из стали 40Х «селект», имеющей наименьшее временное сопротивление Rbun = 1100 МПа = 110 кН/см2  (см. табл. 10.28). Болты  db = 20 мм,  диаметры  отверстий  под болты – d = 22 мм.

Способ регулирования натяжения высокопрочных болтов – по моменту закручивания M. Способ обработки поверхностей – стальными щетками без консервации.

Расчетное усилие Qbh, которое может быть воспринято каждой поверхностью трения соединяемых элементов, стянутых одним высокопрочным болтом:

Qbh = Rbh γb Abn  μ / γh = 77 ∙ 1 ∙ 2,45 ∙ 0,35 / 1,17 = 56,43 кН,

где Rbh = 0,7Rbun = 0,7 ∙ 110 = 77 кН/см2 – расчетное сопротивление растяжению высокопрочного болта;

– площадь сечения нетто болта db = 20 мм (см. табл. 10.26);

 – коэффициент трения (см. табл. 10.29);

 – коэффициент надежности (см. табл. 10.29);

gb = 1,0 – коэффициент условий работы соединения (см. табл. 10.27).

Количество болтов n на каждую сторону от центра стыка

где k = 2 – количество поверхностей трения соединяемых элементов.

Принимаем 9 болтов.