Распределение напряжений в резьбовом соединении

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЗЬБОВОМ СОЕДИНЕНИИ [c.146]

Рис. 8.7. Сеточная разметка при расчете методом конечных элементов и распределение напряжений в резьбовом соединении

Рис. 8.14. Эпюры распределения напряжений в резьбовом соединении с идеально точной резьбой при упругом и упругопластическом нагружении

Определение напряженного состояния и концентрации напряжений в резьбовом соединении аналитическими методами теории упругости связано с математическими и техническими трудностями, обусловленными сложностью формы тел болта и гайки, а также граничных условий. Эффективность метода фотоупругости для определения концентрации напряжений в соединении, как показывает анализ работ [8, 13, 63] и др., невелика, что связано с внесением больших погрешностей в форму деталей (особенно по шагу резьбы) при изготовлении моделей эти погрешности искажают действительное поле напряжений в соединении. Поэтому до недавнего времени для оценки прочности соединений использовали в основном данные приближенных расчетов распределения нагрузки и сравнительных усталостных испытаний. [c.140]

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗКИ И НАПРЯЖЕНИЙ В РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ [c.70]

Определение усилий и напряжений в резьбовых соединениях при известных величине нагрузки и формы соединения является трудной задачей, правильное решение которой связано с учетом многих факторов, влияющих на распределение усилий и напряжений в соединении. Сложность задачи определяется необходимостью нахождения распределения усилий по виткам резьбы и распределения напряжений в теле шпильки и гайки при сложной форме их контура, дающей высокую концентрацию напряжений при этом распределение усилий по виткам резьбы является контактной задачей при большом числе мест контакта и сложных условиях сопряжения. В соответствии с этим задача может рассматриваться как состоящая из двух частей нахождение распределения нагрузки по виткам по всей высоте сопряжения шпильки и гайки с учетом деформаций, получаемых во всех элементах натурного соединения при действительных условиях контакта, и нахождение распределения деформаций и напряжений с учетом формы элементов соединения и найденного распределения нагрузки по виткам резьбы. [c.136]

В рассматриваемом исследовании, развивающем решение задачи, которая была поставлена в [4], изучалось распределение и концентрация напряжений в резьбовом соединении относительно большого диаметра при весьма малых размерах резьбы при диаметре шпильки 140 мм глубина резьбы составляет А мм ж радиус но дну резьбы менее 1 мм при числе витков в соединении 30. При такой конструкции соединения создается высокая концентрация напряжений в зонах относительно весьма малых размеров, тогда как распределение нагрузки по виткам и, соответственно, усилий в поперечных сечениях шпильки и гайки, зависит от деформации конструкции соединения в целом и жесткостей элементов при неоднородном распределении в них напряжений. При экспериментальном или расчетном решении задачи должны учитываться все влияющие условия, имеющиеся при работе натурного соединения (воспроизведение на модели погрешностей в выполнении натурного соединения и т. д.). [c.137]

Все это свидетельствует о том, что технология сборки резьбовых соединений в значительной степени влияет на характер распределения напряжения в болте, шпильке или винте и является важным условием обеспечения прочности. До 70% повреждений болтов ответственного назначения (например, шатунных) — результат неправильной затяжки и от 10 до 25% объясняется другими ненормальностями сборки. [c.201]

Общие замечания и постановка задачи. Для проектирования и оценки прочности резьбовых соединений необходимо знать распределение напряжений в сечениях болта и гайки. Однако решение такой задачи в точной постановке связано с трудно преодолимыми математическими и техническими трудностями. Обычно при решении в условия взаимодействия (контакта) деталей и их форму вводят ряд упрощений и выполняют расчет распределения нагрузки (сил) между витками соединения, который используют для интегральной оценки местной напряженности и конструктивной целесообразности соединений. [c.70]

Один из важных факторов, которые должны учитываться при проектировании резьбового соединения — распределение напряжений во впадинах резьбы. Анализ результатов показывает, что в резьбовых соединениях отмечается сущ ественная концентрация напряжений во впадинах резьбы. Наибольшее контурное (главное) напряжение растяжения действует во впадине под первым (от опорного торца гайки) рабочим витком болта в точках сечения, удаленного от центра впадины на угол около 20° в направлении рабочей поверхности этого витка (см. рис. 4.11). Это связано с взаимным влиянием (наложением) концентрации напряжений от изгиба витка и общего поля напряжений растяжения. [c.88]

Принимая во внимание, что соседние шпильки оказывают взаимное влияние друг на друга, и на основании приведенных результатов расчета была выполнена модель, схема которой приведена на рис. 4. Модель представляет собой спрямленную часть 1 фланца корпуса, соответствующую участку с тремя шпильками 2. Модель выполнена в масштабе 1 3с полным геометрическим подобием по резьбовому соединению натуре. В модели площадке контакта между фланцами корпуса и крышки соответствовала площадка опирания 3. К поперечным сечениям фланца, которыми модель выделена из полной конструкции корпуса, кольцевые усилия не прилагались. Изгибающий момент, действующий в сечении, проходящем через днище гнезда под шпильку, создавался парой равных сил, приложенных к выступающим плечам 4 модели, и величина его была равна величине момента, приложенного к торцу фланца. При этом в осевом направлении корпуса дл.ина фланца выбиралась такой, чтобы влияние мест приложения нагрузки и зон концентрации в виде скругленных переходных кривых от плеч к телу фланца на распределение напряжений в зоне гнезда под шпильку было исключено. [c.87]

Технология сборки резьбовых соединений в значительной степени влияет на характер распределения напряжения в болте, шпильке или винте и является важным условием обеспечения прочности. [c.201]

В работе [32], посвященной исследованию резьбовых соединений, решается задача о распределении усилий по виткам при следующих основных допущениях в поперечных сечениях гайки и шпильки соответственно сжимающие и растягивающие напряжения распределены равномерно основания витков считаются не поворачивающимися, и податливость зуба оценивается как податливость усеченного клина при использовании гипотезы плоских сечений или оценивается как податливость бесконечного усеченного клина. При решении этой задачи рассматривается соединение с непрерывно идущими витками, и решение получается в виде функ- [c.155]

Ниже рассмотрено расчетное исследование методом теории упругости напряженного и деформированного состояния зуба резьбы от нагрузки, приложенной по его контактной поверхности. Приводимые зависимости дают возможность находить решения при нагрузке, прилагаемой к отдельным коротким участкам контактной площадки зуба. Это позволяет получаемые в таком решении результаты использовать при любом распределении нагрузки по контактной площадке, а также, применяя условия совместности деформаций контактируемых зубьев, находить реальное распределение сил по контактным площадкам в зубьях резьбового соединения. При использовании этих результатов для нахождения распреде- [c.158]

Величина Р определяется зависимостью Р = ХР х — коэффициент внешней нагрузки, определяемый в зависимости от распределения жесткостей деталей соединения). Вопросы определения коэффициента внешней нагрузки подробно рассмотрены в [1]. Условия малоциклового деформирования резьбовых соединений не вносят каких-либо специфичных особенностей в методику определения 7, так как упругопластическое деформирование витков резьбы (при упругом деформировании сравнительно длинной гладкой части стержня) несущественно влияет на величину податливости шпильки П1. В правильно сконструированном соединении в процессе его нагружения, несмотря на ослабление затяга, вызываемого местными пластическими деформациями на сопрягаемых поверхностях, явлениями релаксации напряжений, не должно нарушаться условие герметичности узла и не должно происходить раскрытие стыка. [c.196]

Влияние технологии изготовления на эксплуатационные показатели изделий проявляется также через получаемую при данном технологическом процессе точность размеров, форму и расположение поверхностей деталей. Характер этого влияния зависит от условий, в которых работают детали. Например, при зазорах по среднему, наружному и внутреннему диаметрам метрической резьбы прочность резьбовых соединений при переменных нагрузках повышают на 10—50% (рис. 10, а), а при статических нагрузках — снижают на 3—17% (рис. 10, б). Объясняется это тем, что зазоры и неизбежное при отрицательных отклонениях среднего диаметра уменьшение толщины витков резьбы образуют более благоприятное напряженное состояние и повышают равномерность распределения нагрузки по виткам резьбы [7]. [c.369]

Классическая задача о распределении нагрузки по виткам резьбы изложена достаточно подробно для широкого класса соединений, включая резьбовые соединения оболочек, шариковинтовые механизмы и др. Новые результаты, которые приведены в разделах, посвященных оценке концентрации напряжений в резьбе, можно использовать для прогнозирования долговечности резьбовых соединений. Большое внимание уделено экспериментальным результатам исследования несущей способности резьбовых соединений при действии статических и переменных нагрузок. Они дают достаточно полное представление о влиянии конструктивных и технологических факторов, материала, покрытий, точности изготовления, рабочей температуры на работоспособность резьбовых соединений. Даны сведения, необходимые для оценки эксплуатационной надежности соединений (затяжка, свинчиваемость, заедание и др.). [c.3]

На рис. 4.57, а показана схема распределения относительных главных напряжений на контурах головки и стержня болта (контурные напряжения). Относительные контактные напряжения (давления) приведены для случая, когда головка болта опирается на жесткое основание. На практике этому приблизительно соответствует резьбовое соединение, стягивающее стальные детали болтами из титановых сплавов. На рис. 4.57, б дана зависимость относительного контактного напряжения д = д/о на опорном торце головки болта, когда головка опирается на жесткую (не-деформированную) деталь (кривая 1) и на деталь из того же, что и болт, материала (кривая 2). После определения контактного напряжения проведен расчет напряженного состояния в головке. Результаты расчета приведены на рис. 4.57, а. Из рисунка сле- [c.129]

Как отмечено выше, для резьбовых соединений характерны неравномерное распределение нагрузки между витками и высокая концентрация напряжений в наиболее нагруженном витке, вызванная действием общей осевой и местной нагрузки на виток. Напряжения, обусловленные первым фактором, значительно ниже напряжений от местной нагрузки на виток, которые действуют в зоне перехода радиусной поверхности впадины в виток. [c.182]

Измерения, проведенные на модели, показали, что в рассматриваемой конструкции резьбового соединения рис. 3) распределение усилий по виткам оказывается несколько более Рис. 7- Коэффициенты к наибольших равномерным, чем дают известные напряжений по контуру резьбы в гайке [c.141]

Приведенные здесь данные по распределению напряжений в резьбовых соединениях хорошо согласуются с результатами теоретических и экспериментальных (методом медных покрытий) исследований К. Маруямы [71, 72]. [c.153]

Теоретическое исследование напряженного состояния и концентрации напряжений в резьбовых соединениях представляет собой одну из трудных математических и техначеских проблем [19]. Указанное обстоятельство обусловлено сложной формой тела болта и граничными условиями но всей поверхности тела. Чтобы определить напряженное состояние, необходимо решить сложную пространственную контактную задачу. Поэтому с давних лор внимание многих исследователей было привлечено к приближенному определению характера распределения нагрузки между витками и н оценке прочности наиболее нагруженного витка. [c.117]

На рис. 6.8 показано распределение контактных напряжений На стыке фланцев для этого же соединения при различной внешней нагрузке. С увеличением внешней нагрузки характер распределения напряжений в зоне контакта фланцев изменяется (кривые / и 4 на этом рисунке соответствуют затяжке соединения Ра = 0). Сплошные линии соответствуют фланцам с /i = /2 = 36 мм, штриховые — /i = 2 = 9 мм. Зависимость дополнительных усилий в болтах от внешней растягивающей силы дана на рис. 6.9. Из рис. 6.9 видно, что эта зависимость существенно нелинейна, что объясняется изгибом флагщев и рычажным характером их взаимодействия из-за смещения контакта к внешнему радиусу. С увеличением усилия предваритель ной затяжки дополнительная сила в болте iVo от в. шшней нагрузки снижается и затяжка таким образом является эффективным средством повышения прочности резьбовых соединений. [c.110]

На рис. 8.14, а показано распределение интенсивности напряжений во впадинах идеально точной резьбы М10 (/ = 0,108Р) для идеально упругого материала деталей (сплошные линии) и для случая, когда болт и гайка изготовлены из стали 45 (от = 650 МПа, штриховые линии). Видно, что после затяжки соединения с напряжением ао 0,7(Тт [соответствует верхнему уровню напряжений затяжки резьбовых соединений в транспортных машинах, обычно (То- = (0,4 0,5)От] пластические деформации схватывают часть боковых поверхностей первого рабочего витка (см. рис. 8.14, а зоны пластичности заштрихованы), впадины в свободной части резьбы, а также виадины под. первым и вто-рым рабочими витками. Наибольшая глубина проникновения пластических деформаций от центра впадины к оси болта равна 0,17 мм под первым рабочим витком и 0,07 мм в свободной части резьбы. Пластические деформации в теле гайки в этом случае отсутствуют. [c.155]

Рассмотрим плоскодеформированное напряженное состояние зуба и впадин, которое возникает в резьбовых соединениях большого диаметра с относительно мелкой резьбой в зонах сопряжения. Область возмущения напряженного состояния, в которой требуется находить распределение напряжений и значение козффициента концентрации, удалена на большое расстояние от оси, и размеры этой области можно рассматривать как малые в сравнении с расстоянием от оси [33]. На рис. 4.17 показаны зависимости коэффициентов концентрации от соотношения размеров в плоской и осесимметричной задаче при растяжении пластинки и вала с выточками, глубина и радиус закругления в метрической резьбе шага 5=6 мм. При неизменной геометрии вьггочек, изменяя размер ослабленного сечения d, получаем зависимости коэффициентов концентрации в плоской и осесимметричной детали от d. Кривая 1 относится к плоской задаче, а кривая 2 — к осесимметричной. Из рисунка видно, что при увеличении размера d обе кривые сближаются и, начиная с некоторой величины, совпадают, что свидетельствует о практически полной идентичности напряженных состояний в окрестности впадин. В соответствии с зтим в случае нагрузки, приложенной непосредственно к зубу, можно принять, что напряженное и деформированное состояние, возникающее в зубе и в окрестности впадин, является плоским. [c.159]

Исходя из изложенного выше рекомендации по расчетной оценке коэффициента концентрации в резьбовом соединении шпилька-корпус рассмотренного типа можно свести к следующей последовательности 1) определяется коэффициент распределения усилий Кр в эквивалентном соединении типа стяжки, объемлющая деталь которого выбирается из учета усредненной жесткости примьжающих зон 2) определяется коэффициент концентрации в первой наиболее нагруженной впадине резьбы шпильки (концентрация напряжения в резьбе корпуса меньше) по формуле [c.169]

На рис. VI. 18 изображены эпюры распределения внутренних напряжений, возникающих в резьбовом соединении цилиндрического ненагружениого трансформатора скоростей при возбуждении в нем ультразвуковых колебаний. [c.334]

Влияние отклонений диаметров резьбы. Циклическая долговечность резьбовых соединений зависит от концентрации напряжении, возникающих во впадинах резьбы болтов, и характера распределения нагрузки между витками (при равномерном распределении циклическая долговечность выше). При периодическом нагружении резьбовые соединения разрушаются по первой или второй нагруженным впадинам резьбы болта. Разрушению предшествует появление усталостной трещины. В возникновении усталостной треи ,ины большую роль играют касательные напряжения, зависящие от зазора по виутреинему диаметру резьбы. При достаточно большом зазоре (рис. 12.8, а) максимальные касательные напряжения определяют по формуле [c.290]

Фланцевое соединение затягивают резьбовыми шпильками с помощью специальных высоких гаек, в результате чего создается более равномерное распределение напряжений по виткам резьбы и улучшаются условия сохранения графитсодержащей смазки, которой смазывается резьба шпилек для предохранения их от задирания и коррозии. Главные задвижки присоединяются к трубопроводу сваркой. [c.40]

Действительные значения напряжения от осевого растяжени. и от нагрузки на отдельный зуб значительно меняются вдоль длины резьбы на модели. В исследуемом резьбовом соединении все элементы находятся под действием осевой растягиваюпцей нагрузки. Распределение нагрузки между витками такого соеди- [c.314]

Во многих конструкциях (например, в резьбовых, прессовых соединениях и др.) разхмеры контактирующих поверхностей оказываются соизмеримыми с общими размерами тел, а внешние нагрузки существенно влияют на распределение напряжений и перемещений в зоне контакта. [c.11]

Задачу исследования и расчета резьбового соединения можно разделить на две тесно связанные задачи определение распределения усилий по виткам резьбы и определение распределения напряжений по контуру впадин резьбы. От распределения усилий по виткам соединения зависят максимальные напряжения по дну резьбы, которые в условиях резьбовых соединений, имеющих сложный, резко меняющийся контур с большой кривизной, достигают значительных величин. Особенно опасна концентрация растягивающих напряжений в теле шпильки во впадине первого нагруженного витка, считая от опорной поверхности гайки, где, кроме концентрации напряжений от общего потока растягивающих усилий, возникают растягивающие напряжения от изгиба зуба усилиями, передающимися по контактной площадке между зубьями шпильки и гайки. В резьбе гайки также имеется концентрация напряжений, но так как при нормальной конструкции гайка испьггывает напряжения сжатия, то концентрация напряжений в ее резьбе менее опасна концентрации напряжений в шпильке. [c.155]

На прочность резьбовых соединений, испытываюш,их переменные нагрузки, оказывают влияние точность параметров резьбы (особенно шага), концентрация напряжений, характер распределения нагрузки по виткам и пр. Но при этом влияние качества сборки и прежде всего правильно выбранной посадки в резьбе, величина предварительной затяжки, отсутствие перекосов во многих тяжелонагруженных соединениях особенно заметны. [c.145]

Исследование влияния механических свойств гайки на сопротивление малоцикловому разрушению резьбового соединения показало [16], что при понижении статических свойств материала гайки долговечность повышается. Так, соединения из стали 25Х1МФ с пределом текучести 750 МПа с гайкой из стали 12Х2МФА с пределом текучести 500 МПа обладают большей долговечностью (на 10—15%) по сравнению с соединениями с гайкой из стали 25Х1МФ. Это связано с более благоприятным распределением усилий по виткам резьбы сопряжения. Однако при больших уровнях затяга и амплитуды прикладываемого напряжения снижение механических свойств может привести к циклическому срезу витков гайки (см. рис. 10.2). К повышению сопротивления усталости приводит также увеличение высоты гайки. Так, при изменении высоты гайки от Нх = 0,8 до Яа = 1,5 (й — диаметр шпильки) сопротивление малоцикловой усталости соединений повышается на 10—15%. На сопротивление циклическому разрушению влияет и форма опорной поверхности гайки. Для уменьшения эффекта изгиба опорные поверхности делают по сфере (выпуклой или вогнутой). Исследования влияния формы опорной поверхности показали, что при осевом нагружении применение вогнутой опорной поверхности повышает, а выпуклой — снижает сопротивление малоцикловой усталости по сравнению с соединением, имеющим гайку с плоским опорным торцом. Так как в ряде конструкций сферические опорные поверхности закаливают, то в зону закалки попадают и нижние витки, что приводит к снижению малоцикловой долговечности таких соединений (до 30—40%). Поэтому в подобных конструкциях гаек необходимо, чтобы резьба формировалась на 2—3 витка выше опорной поверхности. [c.210]

Конструктивные и технологические способы повышения прочности резьбовых деталей. При действии на соединение переменных нагрузок разрушение, как правило, происходит на резьбовом участке винта. Поэтому любые приемы, повышающие выносливость резьбового участка, должны рассматриваться как повышающие работоспособность соединения в целом. Основной причиной пониженной выносливости является высокая концентрация напряжений во впадинах витков резьбы, особенно в зоне первых рабочих витков (вблизи опорной поверхности гайки). Поэтому снижение местной нагрузки в зоне наибольшей концентрации позволяет повысить до 60 % циклическую прочность резьбовых соединений. На рис. 2.26 в качестве примеров приведены варианты выполнения гаек и винта в резьбовой зоне с улучшенным распределением нагрузки по виткам резьбы (Р — коэффициент повышения предела выносливости по сравнению с обычным исполнением). Некоторое повышение предела выносливоЬти (до 20 %) можно получить путем выполнения отверстия под резьбу в гайке со стороны опорной поверхности на конус (рис. 2.27). В этом случае нагрузка Fj на виток винта со стороны опорной поверхности прикладывается на большем плече а [c.63]

Известны теоретические исследования о распределении нагрузки по виткам резьбы, основанные на ряде допущений и дающие поэтому лишь приближенные решения, приемлемые для сравнительных оценок. В работе [1] приняты следующие допущения в поперечных сечениях гайки и шпильки, соответственно сжимающие и растягивающие напряжения распределены равномерно и концентрация напряжений в расчетной схеме не учитывается основания считаются неповорачивающимися при нагружении резьбового соединения и деформации зуба учитываются, как для жестко защемленного бруса без деформаций смятия. Экспериментальные иссле- [c.136]

Исследования на плоских моделях объемной задачи резьбового соединения приближенно оценивали возможные концентрацию и распределение напряжений по контуру резьбы, но не позволяли измерить распределение нагрузки но виткам резьбового соединения. Применение метода замораживания , приведенное в ряде работ (см., например, [2,3]), не обеспечивает соблюдения условий моделирования из-за значительного искажения формы резьбы и получаемых нарушений условий контакта, которое осуществляется в большом числе мест соединений зубьев. Необходимость обеспечения условий контакта, особенно при большом числе мест соединений, как известно, делает метод замораживания , требующий больших деформаций в модели, неудовлетворительным. Тензоизмерения па натурной конструкции, где все условия работы соединения соблюдены, не позволили пока достаточно хорошо замерить распределения напряжений по контуру и концентрации напряжений из-за малых размеров по дну резьбы и отсутствия достаточных зазоров между навинчиваемыми частями соединения. При исследованиях, рассмотренных в [4], распределение усилий по виткам резьбы определялось экспериментально на натурной конструкции резьбового соединения, нагружаемого в разрывной машине. Эта задача давала в какой-то мере приближенное решение, так как усилия оценивались по показаниям тензодатчиков, установленных по дну искусственно выполненной продольной канавки в соединении. Распределение напряжений по контуру резьбы и коэффициенты концентрации находили с применением плоских моделей и моделей прозрачного оптически нечувствительного материала с вклейками из оптически чувствительного материала по диаметральному сечению. Этот путь экспериментального решения был правильный, однако размер моделей оказался недостаточным для возможности правильной оценки порядков полос интерференции для зон концентрации напряжений. [c.137]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...