Экспериментальное исследование усилий в болтах групповых соединений.

Экспериментальное исследование усилий в болтах выполнялось на соединении с кольцевыми контактирующими фланцами (рис. 1). Соединение с шестью болтами из нормализованной стали 45 (σв=950 МПа) затягивалось предварительно с силой F0 и нагружалось в разрывной машине растягивающей силой F и изгибающим моментом Ми. Изгибающий момент создавался смещением линии действия силы F относительно оси фланцевого соединения на lF.

 Фланцевое соединение исследование усилий в болтах
Рис. 1 - Экспериментальное фланцевое соединение (1-6 — номера болтов)

Силы, действующие на болты, контролировали с помощью тензорезисторов (база 10 мм, сопротивление 90 Ом), включенных в плечо тензометрического усилителя 8АНЧ-7 по схеме с компенсацией изгиба.

изменения в затянутом и незатянутом болтах и силы затяжки
Рис. 2 - Кривые изменения полных усилий в затянутом (1) и незатянутом (2) болтах и силы затяжки (3) в зависимости от внешней нагрузки при толщине фланцев:
а — l1+l2=18+36 мм;
б — l1+l2=9+18 мм

Отдельные результаты исследования приведены на (рис. 2, 3.). Анализ результатов показывает, что при нагружении фланцевого соединения осевой растягивающей силой, а также при совместном действии растягивающей силы и изгибающего момента (внецентренное растяжение) наблюдается нелинейное изменение дополнительных и, как следствие, полных усилий в болте. Это объясняется непрерывным смещением зоны контакта вследствие деформаций изгиба стягиваемых деталей.

изменения полных усилий и изгибающего момента в болтах фланцевого соединения
Рис. 3 - Кривые изменения полных усилий и изгибающего момента в болтах фланцевого соединения в зависимости от силы затяжки при внецентренном растяжении (1-6 — номера болтов)

С увеличением внешней нагрузки возрастает и сила, действующая на болт. Она оказывается тем большей, чем меньше сила предварительной затяжки болтов и жесткость фланцев на изгиб.

Из анализа зависимостей для соединений при растяжении (см. рис. 2) следует, что кривые изменения полных усилий в болтах (1) и сил предварительной затяжки (3) смещены относительно прямой 2 для незатянутого соединения и идут практически параллельно ей. Последнее свидетельствует об отсутствии полного раскрытия стыка, что связано со смещением зоны контакта стыков к периферийному диаметру. Интенсивное увеличение силы, действующей на болты, в этом случае объясняется «рычажным» взаимодействием фланцев.

Это взаимодействие наиболее отчетливо проявляется при тензометрировании соединений с полосовым стыком (рис. 4). Кривые на этом рисунке построены по показаниям тензометров (1—8) при нагружении соединения силой F без учета деформации от затяжки, которая исключалась путем сведения показаний прибора на нуль при балансировке усилителя перед нагружением.

Изменения деформации в соединении при действии внешней силы
Рис. 4 - Кривые изменения деформации в соединении при действии внешней силы

Для жестких на изгиб фланцев наблюдается полное раскрытие стыка (в точке A на рис. 2, а) при больших нагрузках, и кривая изменения полных усилий сливается с кривой для незатянутого соединения.

Кривые распределения усилий в болтах при внецентренном растяжении (рис. 5) также имеют нелинейный характер (в основном для податливых на изгиб фланцев и при небольшой силе затяжки).

Кривые изменения сил, действующих на болты фланцевого соединения пои приложении растягивающих и изгибающих внешних нагрузок

Рис. 5 - Кривые изменения сил, действующих на болты фланцевого соединения пои приложении растягивающих и изгибающих внешних нагрузок (l1+l2=9+18 мм):

  • а — F0=2,65 кН;
  •     1 — F=0,5 кН, Mи=0,53 кН×м;
  •     2 — F=1 кН, Mи=1,06 кН×м;
  •     3 — F=1,5 кН, Mи=1,59 кН×м;
  •     4 — F=2 кН, Mи=2,12 кН×м;
  • б — F=1,6 кН, Mи=1,59 кН×м;
  •     5 — F0=26,5 кН;
  •     6 — F0=18 кН;
  •     7 — F0=12 кН

  • Результаты исследований показали, что при возрастании силы предварительной затяжки существенно снижается дополнительная нагрузка на болты. Особенно эффективно увеличение силы затяжки болтов в соединениях с податливыми (тонкими) фланцами. Так, в опытах с фланцами толщиной l1+l2=9+18 мм (рис. 6, 7) при увеличении силы затяжки вдвое дополнительная сила, действующая на болт, уменьшилась более чем в 3 раза.

    Зависимость силы, действующей на болт, от внешней нагрузки

    Рис. 6 - Зависимость дополнительной силы, действующей на болт, от внешней нагрузки при нагружении (l1+l2=9+18 мм):

  • а — растягивающей силой;
  • б — Растягивающей силой и изгибающим моментом (по 1-му болту);
  •     1 - F0=6 кН;
  •     2 - F0=12 кН;
  •     3 - F0=18 кН;
  •     4 - F0=26,5 кН

  • Зависимость силы, действующей на болт, от внешней нагрузки

    Рис. 7 - Зависимость дополнительных сил, действующих на болты, от внешней нагрузки при нагружении:

  • а — растягивающей силой;
  • б — Растягивающей силой и изгибающим моментом (по 1-му болту);
  •     1 - l1+l2=9+18 мм;
  •     2 - 9+36 мм;
  •     3 - 9+18 мм;
  •     4 - l1+l2=18+36 мм;

  • Увеличение жесткости (например, за счет толщины фланцев) также приводит к снижению усилия в болтах.

    Опытами установлено, что при увеличении внешней нагрузки наблюдается необратимое уменьшение силы предварительной затяжки соединения (см. кривые 3 на рис. 2). Это связано с пластическим смятием микронеровностей по поверхности стыка. При повторных затяжках снижение усилия становилось меньшим.

    Результаты исследования изменения дополнительной силы, действующей на болт в соединении с полосовыми стыками (рис. 8), аналогичным результатам испытаний кругло фланцевых соединений. С увеличением внешней нагрузки на эти соединения становится заметным рычажное взаимодействие пластин.

    Силы, действующей на болт соединения с полосовым стыком

    Рис. 8 - Зависимость дополнительной силы, действующей на болт соединения с полосовым стыком, при F0=32 кН:

  • 1 - l1+l2=9+18 мм;
  • 2 - 9+27 мм;
  • 3 - 18+18 мм;
  • 4 - l1+l2=18+27 мм;

  • Сравнение экспериментальных и расчетных значений усилий в болтах растягиваемых соединений показывает, что расчет по постоянной податливости удовлетворительно согласуется с экспериментом для жестких (толстых) фланцев, а также для податливых на изгиб фланцев при сильной предварительной затяжке и небольшой внешней нагрузке.

    Характер распределения усилий между болтами при действии на соединение изгибающих и растягивающих нагрузок ближе к тому, что дает расчет по переменной податливости. Этот метод можно использовать при определении усилий в жестких фланцах, а также в болтах, крепящих жесткие стыки к жестким основаниям.

    При расчете сил, действующих на податливые на изгиб фланцы, по обоим методам получают значения, которые часто меньше экспериментальных. В этом случае целесообразнее использовать метод расчета по постоянной податливости.






    Навигация
    Болты
    Винты, шпильки, штифты, прокладки
    Пружины
    Заклепки
    Шпонки
    Гайки
    Резьба
    Валы
    Муфты
    Подшипники
    Виды соединений
    Передачи
    Материал
    Дополнительные материалы
    Госты метизов
    Сварка
    Мы в соцсетях
    podshipniki.moscow применяемость подшипников
    Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.