РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

А - неконтролируемая затяжка, нагрузка без учета усилия затяжки;
Б - контролируемая затяжка, точный учет нагрузок, включая усилие затяжки.
 Момент затяжки соответствует напряжению σ_зат ≈ 0,4σ_т .

СОЕДИНЕНИЯ С ПОПЕРЕЧНОЙ НАГРУЗКОЙ

 Болт т о ч е н ы и, поставлен без зазора (плотно, с небольшим натягом, рис. 4). Болт работает на срез и смятие.
 На срез болт рассчитывают по формуле

 откуда диаметр точеного стержня, мм,

. 

 где Р - сила, действующая поперек болта, Н; [τ_cр] - допускаемое напряжение на срез, 
 МПа (см. т. 1, гл. 1); часто принимают [τ_cр] =(0,2÷0,3) σ_т; (σ_т - предел текучести).

 На смятие болт рассчитывают по формуле

  d h[σ_см] ≥ Р,

,  откуда

.

 где h - высота участка смятия, мм; [σ_см] - допускаемое напряжение на смятие, МПа.
  Болт конусный (рис. 5). Конусной формой устраняется зазор. Такой болт рассчитывают как точеный.
  Болт с зазором (рис. 6). В этом случае затяжкой болта обеспечивают достаточную силу трения между стянутыми деталями для предупреждения сдвига их и перекоса болта.

Рис.4

Рис.5 Рис. 6

Рис.7

Болт рассчитывают на силу затяжки

где сила Р - в Н, f - коэффициент трения;
для чугунных и стальных поверхностей без смазки  f =0,15÷0,2;  d₁ - внутренний диаметр резьбы, мм; [σp] - допускаемое напряжение при растяжении, МПа (см. т. 1; гл. 1).
  Для двух и более стыков (рис. 7)

где i - число стыков.

РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

  Разгрузочные устройства (рис. 8,  а - со шпонкой;  б - с уступом;  в - со штифтом; г - со втулкой) применяют для восприятия поперечных сил.

Рис. 8

КЛЕММОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

  Клеммовые соединения (рис. 9) применяют в том случае, когда место закрепления рычага на валу непостоянно.
  Вследствие действия силы Р, сжимающей клеммы и растягивающей болт, между поверхностями ступицы рычага и вала возникает сила трения, равная Nf , где N -нормальное давление между половинами ступицы, создаваемое затяжкой болта, а f - коэффициент трения.

Рис.9

Затяжка болтов должна быть такой, чтобы момент трения Nfd равнялся внешнему моменту QL или для надежности был бы больше, обычно на 20 %, т.е. Nfd =1,2 QL, откуда

где Q - усилие на рычаге, Н; L - длина рычага, мм; d - диаметр дала, мм.
  Приближенно зависимость между силой Р и давлением N определяют, приравнивая моменты сил Р и N относительно точки С.

или

где l - расстояние от оси болта до центра вала, мм;  Р - сила, сжимающая клеммы и растягивающая болт, Н.
  По найденной силе Р болт рассчитывают как затянутый (см. рис. 3).
  Пример. Груз Q =300 Н закреплен на одном плече горизонтального рычага длиной L =500 мм; другое плечо рычага связано клеммовым соединением с валом диаметром d =40 мм. Нагрузка статическая. Определить диаметр клеммовых болтов.
Решение.
Расчетная нагрузка для болта

 принимают  f=0,2; l=40 мм,  тогда

  Выбирают болт М16, площадь его сечения F=141 мм². Рабочее напряжение растяжения

  что вполне допустимо.

КРЕПЛЕНИЕ КРЫШЕК 
(ПРОЧНО-ПЛОТНЫЕ БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, рис. 10)

 Шаг t между болтами выбирают в зависимости от давления р:

  t , мм ...  ≤150  ≤120  ≤100  ≤80 
  p, МПа..  0,5-1,5 2,5  5 10

 Сила, открывающая крышку и растягивающая болты,

где D - внутренний диаметр сосуда, мм; р - давление газа, пара или жидкости в сосуде, МПа.

 Сила, передаваемая одному болту,

где i - число болтов.

  Расчетная нагрузка на болт

  Р = Q₁ + βQ₂,

 где β - коэффициент, зависящий от упругих свойств, входящих в соединение частей; Q₁ - сила затяжки одного болта, Н.
 Практически можно считать Q₁ = Q₂, тогда

Р = Q₂( 1+ β).

Ориентировочно коэффициент β  для прокладки из резины принимают равным 0,75; из картона или асбеста - 0,55; из мягкой меди - 0,35.

Рис. 10

Если упругие свойства скрепленных деталей неизвестны и не требуется высокой точности расчета, то для надежности принимают P=2Q₂,  и болты рассчитывают по уравнению 

где d₁ - внутренний диаметр резьбы болта, мм; [σp]- допускаемое напряжение при растяжении, МПа.
 Примечание. Болты с диаметром d ≤ 12 мм, затягиваемые вручную, при рабочем усилии на ключе Р_р =300+400 Н могут разорваться. Поэтому в ответственных соединениях органы технического надзора не разрешают устанавливать болты диаметром меньше 16 мм.

 Пример. Крышка цилиндра высокого давления привернута 12 шпильками. Определить их диаметр, если максимальное давление пара в цилиндре р =1,2 МПа, а внутренний диаметр цилиндра D =200 мм.

  Решение.

Сила, открывающая крышку,

Принимают для надежности расчетную нагрузку Р = 2Q, тогда

  2Q ≤ F[σp]i,

где F - площадь сечения шпильки по внутреннему диаметру резьбы, мм²; i - число шпилек.

 Определяют [σp]:

если берут шпильку М16, то ее сечение F = 141 мм², следовательно, 

что вполне допустимо.

КРЕПЛЕНИЕ СТЫКОВ
 (УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ)

  Кронштейн (рис. 11) скреплен со стеной двумя болтами, при этом на него действуют следующие силы: Q - внешняя нагрузка (или ее составляющие Н и N), Н;
 Р - сила затяжки болтов, Н; R - сила реакции стены, Н, определяемая по формуле

R = σ_см F,

где σ_см - напряжение смятия опоры от затягивания болтов силой 2P, МПа; допускаемое напряжение смятия [σ_см] для кирпичной кладки принимают 0,8—1,2 МПа,  для дерева 1,2—2 МПа,  для чугуна и стали 120—180 МПа;  F - опорная площадь плиты, мм².
  Точка приложения силы R находится на расстоянии 1/3h от нижнего края плиты, где h - высота плиты, см.
 Используя условие равновесия и принимая за центр моментов точку пересечения оси нижнего болта со стеной, получают

  НЬ + Na + Re - Pk = 0.

 Из уравнения находят силу Р затяжки болта, по которой определяют его диаметр. Допускаемое напряжение [σ_см] см. в т. 1, гл. 1.
 Полученное значение силы Р необходимо проверить на скольжение кронштейна по стене:

  f(2P - Н) ≥ N ,

Рис. 11

т. с. вследствие затяжки болтов должна возникнуть сила трения 2P f , которая предотвратила бы скольжение кронштейна по стене под действием сдвигающей силы N .
 Коэффициент трения можно принять для чугуна по кирпичной кладке 0,4—0,45; для чугуна по дереву 0,4—0,45 и для чугуна по чугуну 0,18—0,2.

КОЛЬЦЕВАЯ ФОРМА СТЫКА (рис. 12)

Сила затяжки болта, поставленного в отверстие с зазором,

или при небольшой сравнительно с D₀  ширине кольцевой поверхности стыка

где М_кр - крутящий момент;  z - число болтов;  f - коэффициент трения.
 При соединении точеными болтами без зазоров момент трения, вызванный затяжкой, в расчет не принимают или принимают только 25—35% его величины.
 Поперечная нагрузка, приходящаяся на каждый болт,

Болт рассчитывают на срез и смятие по диаметру точеного стержня.

Рис. 12

СОЕДИНЕНИЕ С ЭКСЦЕНТРИЧНОЙ НАГРУЗКОЙ (рис. 13)

Под действием растягивающей силы Р в болте возникают напряжения растяжения и изгиба:

где σ_сум - суммарное напряжение при растяжении и изгибе, МПа;
σ_р - рабочее напряжение при растяжении, МПа;
σ_из - рабочее напряжение при изгибе, МПа;
е - расстояние от точки приложения силы Р до оси болта, мм;
d₁ - внутренний диаметр резьбы, мм.
  Даже при сравнительно малой величине е напряжения изгиба в болте могут во много раз превосходить напряжения растяжения, что потребует значительного увеличения диаметра резьбы. Поэтому болты с эксцентричной нагрузкой следует применять только при особой необходимости.

 Рис.13