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

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 23 ноября, печатный экземпляр отправим 27 ноября.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Технические науки

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

Дата публикации: 23.05.2017

Статья просмотрена: 883 раза

Библиографическое описание:

Нгуен, Тьен Зунг. Расчет прочности шатунных болтов / Тьен Зунг Нгуен. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 21 (155). — С. 136-139. — URL: https://moluch.ru/archive/155/43658/ (дата обращения: 15.11.2024).



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, опасное сечение, формула, нагрузка, предварительная затяжка, статическая прочность, стержень болта, болтовое соединение, переменная нагрузка.


Ключевые слова

выносливость, шатунный болт, переменная нагрузка, податливость, статическая прочность

Похожие статьи

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы навесного плуга

В статье рассматривается напряженно-деформированное состояние рамы навесного плуга, полученное в программном комплексе ANSYS.

Совершенствование конструкции колодочного тормоза грузоподъёмных сооружений с учётом условия и законов статики

В статье изложена конструкции колодочного тормоза грузоподъёмных сооружений за счёт уменьшения действующей силы.

Исследование на прочность шарового пальца рулевой сошки автобуса

В статье анализируется шаровой палец сошки рулевого управления автобуса с использованием расчета на статическую прочность, учитывающего конкретные условия и режимы эксплуатации. Прочностные расчеты проводились с помощью метода конечных элементов, реа...

Модернизация средств смазки гребней локомотивов

Износ бандажей колесных пар одна из основных проблем при эксплуатации локомотивов. Исключить его невозможно, а можно лишь уменьшить его интенсивность за счет снижения трения колесо-рельс при помощи нанесения смазки на гребень бандажей колесных пар.

Расчет на усталость винта с упорной резьбой в программной среде SolidWorks

В статье представлено исследование усталостных характеристик материала винта с упорной резьбой при его многократном нагружении на основании анализа напряженно-деформированного состояния и расчета запаса прочности изделия.

Влияние учета реальной работы узлов на напряженно-деформированное состояние элементов башенной конструкции

На примере расчета металлической башни из трубчатых профилей оценена степень влияния конфигурации узлов на напряженно-деформированное состояние элементов. Рассмотрены расчетные модели башен с тремя видами узлов: жесткие, узлы с угловыми шарнирами, а ...

Экспериментальное определение нагруженности механизма перемещения материала с упругими связями швейной машины

В статье приведены результаты экспериментальных исследований нагруженности механизма перемещения материала с упругими элементами швейных машин.

Силы, действующие в простом механизме блок

В учебниках физики для 7 класса при изложении материала о подъёме груза простым механизмом блок авторы учебников рассматривают разное количество сил, действующих на блок или трос. Для выяснения, что за силы и на какие предметы они действуют в простом...

Совершенствование системы устойчивости грузоподъемного крана

Приведены сведения по динамике грузоподъемного крана. Даны рекомендации по повышению устойчивости грузоподъемного крана.

Особенности обследования станков-качалок без вывода из эксплуатации

В статье рассматривается порядок и особенности обследования, без вывода из процесса эксплуатации, станков-качалок различного типа, конструкций, способа уравновешивания.

Похожие статьи

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы навесного плуга

В статье рассматривается напряженно-деформированное состояние рамы навесного плуга, полученное в программном комплексе ANSYS.

Совершенствование конструкции колодочного тормоза грузоподъёмных сооружений с учётом условия и законов статики

В статье изложена конструкции колодочного тормоза грузоподъёмных сооружений за счёт уменьшения действующей силы.

Исследование на прочность шарового пальца рулевой сошки автобуса

В статье анализируется шаровой палец сошки рулевого управления автобуса с использованием расчета на статическую прочность, учитывающего конкретные условия и режимы эксплуатации. Прочностные расчеты проводились с помощью метода конечных элементов, реа...

Модернизация средств смазки гребней локомотивов

Износ бандажей колесных пар одна из основных проблем при эксплуатации локомотивов. Исключить его невозможно, а можно лишь уменьшить его интенсивность за счет снижения трения колесо-рельс при помощи нанесения смазки на гребень бандажей колесных пар.

Расчет на усталость винта с упорной резьбой в программной среде SolidWorks

В статье представлено исследование усталостных характеристик материала винта с упорной резьбой при его многократном нагружении на основании анализа напряженно-деформированного состояния и расчета запаса прочности изделия.

Влияние учета реальной работы узлов на напряженно-деформированное состояние элементов башенной конструкции

На примере расчета металлической башни из трубчатых профилей оценена степень влияния конфигурации узлов на напряженно-деформированное состояние элементов. Рассмотрены расчетные модели башен с тремя видами узлов: жесткие, узлы с угловыми шарнирами, а ...

Экспериментальное определение нагруженности механизма перемещения материала с упругими связями швейной машины

В статье приведены результаты экспериментальных исследований нагруженности механизма перемещения материала с упругими элементами швейных машин.

Силы, действующие в простом механизме блок

В учебниках физики для 7 класса при изложении материала о подъёме груза простым механизмом блок авторы учебников рассматривают разное количество сил, действующих на блок или трос. Для выяснения, что за силы и на какие предметы они действуют в простом...

Совершенствование системы устойчивости грузоподъемного крана

Приведены сведения по динамике грузоподъемного крана. Даны рекомендации по повышению устойчивости грузоподъемного крана.

Особенности обследования станков-качалок без вывода из эксплуатации

В статье рассматривается порядок и особенности обследования, без вывода из процесса эксплуатации, станков-качалок различного типа, конструкций, способа уравновешивания.

Задать вопрос