Расчет прочности шатунных болтов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (155) май 2017 г.

Дата публикации: 23.05.2017

Статья просмотрена: 123 раза

Библиографическое описание:

Нгуен Т. З. Расчет прочности шатунных болтов // Молодой ученый. — 2017. — №21. — С. 136-139. — URL https://moluch.ru/archive/155/43658/ (дата обращения: 25.09.2018).



В статье приведен расчет статической прочности и выносливости шатунных болтов.

Ключевые слова: шатунный болт, переменная нагрузка, податливость, статическая прочность, выносливость

The calculation of conrod bolts for static durability and endurance is given in the article.

Keywords: conrod bolt, variable loading, compliance, static durability, endurance

Шатунные болты — важные детали шатунно-поршневой группы. На болт действует сила предварительной затяжки, вызывающая в стержне болта и стягиваемой системе деталей постоянное усилие затяжки. В процессе работы на болты действуют нагрузки, которые меняются во времени и определяются внешней нагрузкой. Поэтому при расчете на прочность в качестве расчетных следует принимать такие из действующих нагрузок, которые в основном определяют прочность болта.

Осевые нагрузки являются основными нагрузками, для восприятия которых предназначены болтовые соединения. Расчет данных нагрузок следует вести прежде всего.

Внешние рабочие нагрузки в большинстве случаев могут быть определены расчетным путем, исходя из условий работы соединения и связанных с ним деталей. Такими нагрузками являются, например, инерционные усилия движущихся масс и т. д.

Затяжка болтового соединения вызывает в болтах растягивающие усилия; предварительная затяжка необходима для обеспечения нераскрытия стыка соединения, герметичности и т. п. [1].

Совместное действие затяжки и внешних усилий на болт представляет существенный интерес, так как усилие, возникающее при этом в стержне болта, определяет его прочность.

Нагрузка на болт изменяется от величины Т (предварительная затяжка) до значения Q после приложения внешней нагрузки Р, причем:, где — усилие, передающееся на болт от действия внешней нагрузки. Параметрявляется коэффициентом внешней нагрузки и показывает, какая часть внешней нагрузки дополнительно растягивает болт и определяется по формуле:.

Податливость болта определяется по формуле:.

Для определения податливости стержень болта разбивается на участки постоянного сечения. Податливость стержня (по участкам) определяется по формуле:

,

где: i — индекс участка болта длиной li и площадью Fi, Е — модуль упругости материала болта. Податливость резьбовой части болта λр может быть учтена на основе определения прогибов витков резьбы. Упрощенное выражение для податливости резьбовой части можно записать в виде:, где: S — шаг резьбы; do и d — средний и наружный диаметры резьбы. Для приближенных расчетов можно использовать более простые формулы: при d/s = 6 ÷ 10, λр = (0,95 ÷ 0,80)/(dE); при d/s = 10 ÷ 20, λр = (0,80 ÷ 0,70)/(dE). Податливость головки болта λг приближенно определяется по формуле: λг = 0,15/(hE), где h — высота головки. Для длинных болтов податливостью резьбовой части на длине свинчивания λр и головки болта λг можно пренебречь.

Для определения податливости системы корпуса λk болтового соединения необходимо выделить зону сжатия внутри соединяемых деталей. Это можно сделать, используя построение встречных усеченных конусов влияния с началом их на внешних круговых очертаниях опорных площадок под головку болта и гайку. Угол при вершине конусов принимается одинаковым и равным 2α, где α = arctg 0,4 ≈ 220. Полученные внутри построенных конусов элементы шатуна и крышки, ограниченные конической поверхностью, плоскостью симметрии (между двумя болтами) и внешними очертаниями (при выходе конуса за пределы детали) представляют приближенно «тело сжатия», которое затем удобно разбить для проведения вычислений сечениями на отдельные призматические элементы. На основании найденных площади и податливости каждого элемента, податливость системы корпуса определяется суммированием по всем входящим элементам.

Из условия плотности стыка усилие затяжки может быть выбрано по соотношению: T = k(1-χ).P, где k — коэффициент затяжки; для переменной нагрузки k = 2,0 ÷ 4,5 [2]. На тело болта при его затяжке действуют крутящие нагрузки, создающиеся в результате трения поверхности витков нарезки пары (болт-гайка). Крутящий момент, действующий на болт, определяется по формуле: Mk = ξT.d, где ξ — коэффициент, зависящий от трения в нарезке. Значения ξ зависят от условий смазки и состояния поверхности. При чисто обработанных поверхностях и наличии смазки ξ = 0,06÷0,08. При чисто обработанных поверхностях без смазки и грубо обработанных поверхностях при наличии смазки ξ = 0,11÷0,13. У грубо обработанных поверхностей без смазки ξ = 0,15÷0,17 [3–6].

Расчет болта на статическую прочность. Опасным сечением болта при статическом нагружении является сечение стержня, имеющее наименьший диаметр. При действии на болт осевых нагрузок и крутящего момента запас по пластическим деформациям определяется по формуле:

где: σT предел текучести материала болта; σ = Q/Fc — нормальное напряжение; τ = Mk/(0,2dc3) — касательное напряжение; dc и Fc — диаметр и площадь опасного сечения.

Обычно запас прочности по пластическим деформациям n = 1,5 ÷ 3,0.

Расчет болта на выносливость. Опасным сечением является сечение по внутреннему диаметру резьбы болта. Номинальные напряжения в опасном сечении по внутреннему диаметру резьбы определяются по формулам: σзат = T/ F1 (от затяжки) и σзат = χP/ F1 (от внешней нагрузки), где: F1 площадь опасного сечения.

Коэффициент концентрации определяется по формуле:

(Kσ)б = Kσ / (βεσ), где: Kσ — коэффициент концентрации для болтовых соединений при растяжении-сжатии в зависимости от предела прочности (таб.1), εσ — коэффициент влияния абсолютных размеров (рис. 1), β = 1 при нарезании резьбы резцом без последующего упрочнения впадин.

Таблица 1

Значения Kσ для болтовых соединений при растяжении-сжатии

Предел прочности ,

Метрическая резьба

Дюймовая резьба

40

3,0

2,2

60

4,0

2,9

80

4,8

3,5

100

5,2

3,8

D:\Documents\Thac si\Диссертация магистра\Bai lam\Anh tu lieu\2.1. 4.png

Рис. 1. Коэффициент влияния абсолютных размеров для болта

Предел выносливости болта определяется по формуле:

σ-1б = σ-1p / (Kσ)б, где: σ-1p предел усталости при растяжении-сжатии. Коэффициент чувствительности болта к асимметрии цикла определяется по формуле: σ)б = ψσ / (Kσ)б, где: ψσ — коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений.

Коэффициенты запасов прочности по амплитуде nα и по максимальным напряжениям nmax определяются по формуле:

В правильно сконструированном болтовом соединении запасы прочности: nα = 2,5 ÷ 4,0; nmax = 1,25 ÷ 2,5.

Литература:

  1. Орлин А. С. и др. — Двигатели внутреннего сгорания. Конструкции и расчет. (том 2). М.: Машгиз, 1955. — 634 с.
  2. Биргер И. А., Иосилевич Г. Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М. Машиностроение, 1990. — 368 с.
  3. Серенсен С. В. и др. Несущая способность и расчет деталей машин на прочность. М. Машиностроение, 1975. — 500 с.
  4. Балашов Б. Ф. Повышение сопротивления усталости деталей наклепыванием. Сб. «Повышение износостойкости и срока службы машин». — Киев: изд-во АН УССР 1960 г. – 125с.
  5. ГОСТ 25.504–82. Расчет и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости.
  6. ГОСТ 2789–90. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.
Основные термины (генерируются автоматически): внешняя нагрузка, болт, формула, опасное сечение, нагрузка, предварительная затяжка, статическая прочность, стержень болта, болтовое соединение, переменная нагрузка.


Похожие статьи

Испытание моделей балок, усиленных полосой на болтовом...

Ключевые слова: экспериментальное исследование, металлическая балка, модель балки, усиление, усиление полосой, болтовое соединение, нагрузки, прогиб.

Пластина закреплялась к балке 4 болтами М10 [3] (рис.1). Рис. 1. Схемы образцов для испытания балок.

Методика обследования лесопильного цеха...

Выявление внешних дефектов заклепочных и болтовых соединений производится путем их наружного осмотра с использованием мерительных инструментов и шаблонов. Неплотная затяжка болтов, дрожание и подвижность заклепок...

Расчёт стержня с распределенными продольными связями

Рис.1 Полубесконечный стержень. Рис.2 Модель сваи в грунте. Эта система статически неопределимая.

, (б). где u — продольное перемещение сечения стержня; t — интенсивность суммарной продольной распределенной нагрузки.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности прицепного...

В качестве заключения можно сказать, что разработана методика оценки предварительной затяжки шатунных болтов, запаса циклической прочности для прицепного шатуна двигателя

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

В действительности создаётся статически неопределимая конструкция с двумя деталями, через которые передаётся нагрузка.

Наиболее известным применением данного принципа является предварительная затяжка болтов, работающих на растяжение, в результате чего...

Оценка надежности и долговечности металлоконструкций

- при действии на конструкцию ударных и других видов динамических нагрузок

- — наличия отклонений фактических размеров поперечных сечений стальных элементов от проектных

- — состояния сварных, заклепочных и болтовых соединений

Критическая нагрузка стержня с начальной неправильностью

Библиографическое описание: Глазков Т. В. Критическая нагрузка стержня с начальной

Заметим, что в реальной жизни ось стержня меняет свою длину под действием внешней

(5). Эту формулу впервые получил Л. Эйлер [2]. Cилу , при которой прямолинейная форма...

Разработка организационно-технологических решений новых...

Другая возможность заключается в предварительном изгибе стержней перед монтажом, а затем в узком стыке, их обратном отгибе в горизонтальное положение.

Если петля наклонена, растягиваемый компонент не может воспринимать растягивающие нагрузки, и соединение...

Испытание моделей балок, усиленных полосой на болтовом...

Ключевые слова: экспериментальное исследование, металлическая балка, модель балки, усиление, усиление полосой, болтовое соединение, нагрузки, прогиб.

Пластина закреплялась к балке 4 болтами М10 [3] (рис.1). Рис. 1. Схемы образцов для испытания балок.

Методика обследования лесопильного цеха...

Выявление внешних дефектов заклепочных и болтовых соединений производится путем их наружного осмотра с использованием мерительных инструментов и шаблонов. Неплотная затяжка болтов, дрожание и подвижность заклепок...

Расчёт стержня с распределенными продольными связями

Рис.1 Полубесконечный стержень. Рис.2 Модель сваи в грунте. Эта система статически неопределимая.

, (б). где u — продольное перемещение сечения стержня; t — интенсивность суммарной продольной распределенной нагрузки.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности прицепного...

В качестве заключения можно сказать, что разработана методика оценки предварительной затяжки шатунных болтов, запаса циклической прочности для прицепного шатуна двигателя

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

В действительности создаётся статически неопределимая конструкция с двумя деталями, через которые передаётся нагрузка.

Наиболее известным применением данного принципа является предварительная затяжка болтов, работающих на растяжение, в результате чего...

Оценка надежности и долговечности металлоконструкций

- при действии на конструкцию ударных и других видов динамических нагрузок

- — наличия отклонений фактических размеров поперечных сечений стальных элементов от проектных

- — состояния сварных, заклепочных и болтовых соединений

Критическая нагрузка стержня с начальной неправильностью

Библиографическое описание: Глазков Т. В. Критическая нагрузка стержня с начальной

Заметим, что в реальной жизни ось стержня меняет свою длину под действием внешней

(5). Эту формулу впервые получил Л. Эйлер [2]. Cилу , при которой прямолинейная форма...

Разработка организационно-технологических решений новых...

Другая возможность заключается в предварительном изгибе стержней перед монтажом, а затем в узком стыке, их обратном отгибе в горизонтальное положение.

Если петля наклонена, растягиваемый компонент не может воспринимать растягивающие нагрузки, и соединение...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Испытание моделей балок, усиленных полосой на болтовом...

Ключевые слова: экспериментальное исследование, металлическая балка, модель балки, усиление, усиление полосой, болтовое соединение, нагрузки, прогиб.

Пластина закреплялась к балке 4 болтами М10 [3] (рис.1). Рис. 1. Схемы образцов для испытания балок.

Методика обследования лесопильного цеха...

Выявление внешних дефектов заклепочных и болтовых соединений производится путем их наружного осмотра с использованием мерительных инструментов и шаблонов. Неплотная затяжка болтов, дрожание и подвижность заклепок...

Расчёт стержня с распределенными продольными связями

Рис.1 Полубесконечный стержень. Рис.2 Модель сваи в грунте. Эта система статически неопределимая.

, (б). где u — продольное перемещение сечения стержня; t — интенсивность суммарной продольной распределенной нагрузки.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности прицепного...

В качестве заключения можно сказать, что разработана методика оценки предварительной затяжки шатунных болтов, запаса циклической прочности для прицепного шатуна двигателя

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

В действительности создаётся статически неопределимая конструкция с двумя деталями, через которые передаётся нагрузка.

Наиболее известным применением данного принципа является предварительная затяжка болтов, работающих на растяжение, в результате чего...

Оценка надежности и долговечности металлоконструкций

- при действии на конструкцию ударных и других видов динамических нагрузок

- — наличия отклонений фактических размеров поперечных сечений стальных элементов от проектных

- — состояния сварных, заклепочных и болтовых соединений

Критическая нагрузка стержня с начальной неправильностью

Библиографическое описание: Глазков Т. В. Критическая нагрузка стержня с начальной

Заметим, что в реальной жизни ось стержня меняет свою длину под действием внешней

(5). Эту формулу впервые получил Л. Эйлер [2]. Cилу , при которой прямолинейная форма...

Разработка организационно-технологических решений новых...

Другая возможность заключается в предварительном изгибе стержней перед монтажом, а затем в узком стыке, их обратном отгибе в горизонтальное положение.

Если петля наклонена, растягиваемый компонент не может воспринимать растягивающие нагрузки, и соединение...

Испытание моделей балок, усиленных полосой на болтовом...

Ключевые слова: экспериментальное исследование, металлическая балка, модель балки, усиление, усиление полосой, болтовое соединение, нагрузки, прогиб.

Пластина закреплялась к балке 4 болтами М10 [3] (рис.1). Рис. 1. Схемы образцов для испытания балок.

Методика обследования лесопильного цеха...

Выявление внешних дефектов заклепочных и болтовых соединений производится путем их наружного осмотра с использованием мерительных инструментов и шаблонов. Неплотная затяжка болтов, дрожание и подвижность заклепок...

Расчёт стержня с распределенными продольными связями

Рис.1 Полубесконечный стержень. Рис.2 Модель сваи в грунте. Эта система статически неопределимая.

, (б). где u — продольное перемещение сечения стержня; t — интенсивность суммарной продольной распределенной нагрузки.

Оценка коэффициента запаса циклической прочности прицепного...

В качестве заключения можно сказать, что разработана методика оценки предварительной затяжки шатунных болтов, запаса циклической прочности для прицепного шатуна двигателя

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного газотурбинного двигателя.

Методы усовершенствования конструкций | Статья в журнале...

В действительности создаётся статически неопределимая конструкция с двумя деталями, через которые передаётся нагрузка.

Наиболее известным применением данного принципа является предварительная затяжка болтов, работающих на растяжение, в результате чего...

Оценка надежности и долговечности металлоконструкций

- при действии на конструкцию ударных и других видов динамических нагрузок

- — наличия отклонений фактических размеров поперечных сечений стальных элементов от проектных

- — состояния сварных, заклепочных и болтовых соединений

Критическая нагрузка стержня с начальной неправильностью

Библиографическое описание: Глазков Т. В. Критическая нагрузка стержня с начальной

Заметим, что в реальной жизни ось стержня меняет свою длину под действием внешней

(5). Эту формулу впервые получил Л. Эйлер [2]. Cилу , при которой прямолинейная форма...

Разработка организационно-технологических решений новых...

Другая возможность заключается в предварительном изгибе стержней перед монтажом, а затем в узком стыке, их обратном отгибе в горизонтальное положение.

Если петля наклонена, растягиваемый компонент не может воспринимать растягивающие нагрузки, и соединение...

Задать вопрос