Расчет резьбовых соединений

Существуют три основных типа резьбовых соединений:
1. Основной расчетный случай. Соединение нагружено внешней продольной силой (рис. 1);
2. Соединение нагружено поперечной силой. Болт установлен в соединение без зазора или с небольшим натягом (рис. 2);
3. Соединение нагружено поперечной силой. Болт установлен в соединение с зазором (рис. 3);
Данная методика расчета предназначена для предварительного выбора размеров деталей и для проверки прочности неответственных соединений.

Основной расчетный случай.

1. Соединение нагружено внешней продольной силой (риc.1)

Рис. 1. Основной расчетный случай.

При основном расчетном случае болты работают только на растяжение. Расчет производят по внутреннему диаметру резьбы. Допускаемое напряжение находиться в зависимости от диаметра резьбы, вида нагружения и материала болта (табл. 1)

Сталь	При постоянной нагрузке и диаметре резьбы d, мм		При постоянной нагрузке и диаметре резьбы d, мм
	6-16	16-30	6-16	16-30
Углеродистая.....	0,2 - 0,25	0,25 - 0,4	0,08 - 0,12	0,12
Легированная.....	0,12 - 0,2	0,2 - 0,3	0,1 - 0,15	0,15

Табл.1 Отношение [σ_т] / σ_т для резьбовых соединений

Если в соединении применяеться уменьшенные или нестандартные гайки, то в этом случае необходимо проверять резьбу на срез.

Дополнительные расчетные случаи.

2. Соединение нагружено поперечной силой. Болт установлен в отверстие без зазора или небольшим натягом (рис.2)

Рис. 2. Дополнительный расчетный случай. Болт установлен без зазора.

При данном нагружении болт работает на срез. Расчет производят на диаметр болта d. Если высота выступа h, значительно меньше диаметра болта d, то болт необходимо проверять на смятие. Допускаемое напряжение на срез обычно принимают [τ] ≈ (0.2 - 0.3) σ _т.

3. Соединение нагружено поперечной силой. Болт установлен в отверстие с зазором (рис.3)

Рис. 3. Дополнительный расчетный случай. Болт установлен с зазором.

Если болт поставлен в отверстие с зазором, то поперечная нагрузка должна восприниматься силами трения. Болт расчитывают на силу затяжки. Допускаемое напряжение обычно принимают [σ _p] ≈ 0.6 σ _т.

Рис. 4. Пример болтового соединения с двумя плоскостями трения.

Если резьбовое соединение должно выдерживать большие растягивающие и срезные нагрузки, то применяют специальные пояски, а так же конструктивные элементы в виде шпонок, втулок и других деталей, которые разгружают болты от срезывающих сил.

Механические свойства болтов.

Согласно ГОСТ 1759-70 механические свойства болтов, винтов, шпилек и гаек, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, а так же марки сталей должны соответствовать указанным в табл. 1,2. при жестких требованиях к жаропрочности, корозийной стойкости, габаритам и массе крепежных соединений для изготовления их используют специальные стали и сплавы.

Болты		Применяемые гайки		Временное сопротивление σв, МПа		Предел текучести σт, МПа	Относительное удлинение после разрыва σ5, %	Ударная вязкость ан, Дж/см²	Твердость по Бринеллю, НВ
Класс прочности	Марка стали	Класс прочности	Марка стали
				номин.	мин.				номин.	макс.
3.6	10, 10кп	4	Ст3кп, Ст3сп	300	330	180	25	-	90	238
4.6	20	5	10, 10кп, 20	400	420	240	22	55	114	238
4.8	10, 10кп					320	14	-	124
5.6	30, 35	6	Ст5, 15, 15кп, 35	500	520	300	20	50	147	238
5.8	10, 10кп, 20, 20кп					400	10	-	152
6.6	35, 45, 40Г	8	20, 20кп, 35, 45	600	600	360	16	40	181	238
6.8	20, 20кп					480	8	-
8.8	35, 35Х, 38ХА,45Г 40Г2, 40Х, 30ХГСА, 35ХГСА, 16ХСН, 20Г2Р	9	35Х, 39ХА	800	830	640	12	60	238	318
9.8		10	40Х, 40ХГСА, 16ХСН	900	900	720	10	50	276	342
10.9		12	30ХГСА	1000	1040	900	9	40	304	361
12.9		12	30ХГСА, 40ХН2МА	1020	1200	1080	8	30	366	414

Табл.2 Механические свойства болтов, шпилек, винтов и гаек из углеродистых и легированных сталей при нормальной температуре по ГОСТ 1759.4-87

Марка стали		Временное сопротивление σв, МПа	Предел текучести σт, МПа	Относительное удлинение после разрыва σ5, %	Ударная вязкость ан, Дж/см²
болтов	гаек	не менее
12Х13Н10Т	12Х18Н9Т, 10Х17Н13М2Т	520	200	40	40
20Х13	-	700	550	15	60
14Х17Н2	20Х13, 14Х17Н2		650	12	60
10ХИН23Т3МР	-	900	550	8	30
13ХИН2В2МФ 25Х1МФ	Х12Н22Т3МР 25Х2М1Ф 20Х1М1Ф1ТР		750	10	30

Табл.3 Механические свойства болтов, шпилек, винтов и гаек из корозионно-стойких, жаропрочных, жаростойких и
теплоустойчивых сталей при нормальной температуре по ГОСТ 1759.0-87