Концентрация напряжений в резьбовых соединениях

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]

Глубина проникновения во .муш,ения напряжений от центра впадины в тело стержня невелика ( — 0,5/2, /г — рабочая глубина профиля). Это позволяет отнести резьбу к мелким выточкам (по классификации Г. Нейбера). Однако рассчитывать теоретический коэффициент концентрации напряжений в резьбовом соединении по формуле Г. Нейбера нельзя, как это рекомендуется в работе [23]. Дело в том, что формула Нейбера справедлива лишь для растягиваемого стержня с выточкой, имеющей иена ружейный контур, у которой наибольшее напряжение действует в центре впадины. [c.151]

Теоретический коэффициент концентрации напряжений в резьбовом соединении определяют по отношению к номинальному напряжению в сечении внутреннего диаметра резьбы под первым наиболее нагруженным витком [c.88]

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]

Концентрация напряжений в резьбовых соединениях [c.116]

Сравнение теоретических и эффективных коэффициентов концентрации напряжений в резьбовых соединениях [c.127]

Рис. 41. Зависимость теоретического коэффициента концентрации напряжений в резьбовом соединении от радиуса впадины резьбы болта ( А = 0,6 — =0,8

Можно рекомендовать следующую приближенную зависимость для вычисления теоретического коэффициента концентрации напряжений в резьбовом соединении типа болт — гайка [c.55]

Основными недостатками резьб и резьбовых соединений являются низкий КПД, неравномерность нагружения сопряженных витков и значительная концентрация напряжений в резьбовых деталях. [c.401]

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]

Однако рассчитывать теоретический коэффициент концентрация напряжений в резьбе соединения по формуле Нейбера, как это рекомендуют в ряде работ, нельзя. Дело в том, что формула Нейбера получена для выточки с ненагруженным контуром, у которой наиболее напряженной оказывается точка в центре впадины. Для резьбовых соединений наибольшие контурные растягивающие напряжения Отах находятся в точке, удаленной от центра на угол р = 15—2(Г. Последнее обстоятельство наглядно иллюстрируют кривые контурных растягивающих напряжений для резьбовых соединений с различными радиусами закругления во впадинах я различными углами профиля, показанные на рис, 4Д2 и 4ЛЗ. [c.121]

Недостатки резьбовых деталей значительная концентрация напряжений в местах резкого изменения поперечного сечения и низкий к.п.д. подвижных резьбовых соединений. [c.32]

При действии переменных нагрузок разрушения резьбовых деталей, как правило, носят усталостный характер и происходят в месте концентрации напряжений в резьбе. Долговечность резьбового соединения в значительной мере Определяется способом изготовления резьбы, ее размерами и качеством материала. [c.417]

Особенностями инициирования и распространения трещин малоцикловой усталости в резьбовых соединениях являются образование местных пластических деформаций в связи с высокой концентрацией напряжений, пониженная долговечность на стадии образования трещин и хрупкое окончательное разрушение в силу высокой прочности и пониженной пластичности металлов соединения. [c.387]

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]

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]

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]

Анализ показывает, что при R > 0,ЗР предел прочности соединений снижается (в большей степени для мелких резьб). ---------------------------------- Это связано с уменьшением перекрытия витков и увеличением концентрации напряжений в наиболее нагруженных сечениях витков. Однако сила, разрушающая резьбу в соединениях с R = 0,ЗР и Н = 0,8d, практически не отличается от силы, разрушающей стержень шпильки с резьбой по ГОСТ 9150—81. Прочность резьбовых соединений с увеличенными радиусами впадины можно повысить, увеличив высоту гайки до Я == l,2d. В динамически нагруженных соединениях радиус впадины резьбы целесообразно увеличить до Р = 0,2Р. [c.192]

Щ рис. 16 приведены значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений в зависимости от отношения радиуса закругления под головкой болта к диаметру стержня болта [4]. Из рис. 16 видно существенное влияние правильного выбора формы перехода. Для обычных конструктивных параметров резьбового соединения (без применения средств кон- [c.354]

Таким образом, скругление резких переходов в геометрии деталей, участвующих в сборке, приводит к снижению концентрации напряжений в этих местах и, соответственно, к более высокой прочности соединения. Этот важный фактор следует учитывать при проектировании резьбовых соединений и соединений, требующих создания отверстий. Коэффициент запаса прочности в местах повышенной концентрации напряжений должен быть не меньше значения [24]. [c.38]

Резьбовые соединения являются наиболее распростра -ненными из разъемных соединений, применяемых в машиностроении. Основные преимущества резьбовых соединений высокая несущая способность и надежность, простота сборки, разборки и замены резьбовых деталей, малая стоимость, возможность применения однотипных стандартизованных деталей в различных машинах и механизмах. К недостаткам резьбовых соединений относится концентрация напряжений в резьбе, снижающая их прочность, особенно при циклических нагрузках. [c.345]

Расчет затянутых резьбовых соединений на усталость. Как показывает опыт эксплуатации, около 90 % всех резьбовых соединений разрушается от усталости. Установлено, что осевая сила в резьбовом соединении распределяется неравномерно по длине свинчивания винта с гайкой (или по глубине завинчивания шпильки в корпус). Наибольшая осевая сила в сечении болта — у торца гайки. В этом сечении обычно и происходит усталостное разрушение стержня болта (шпильки). Стержни часто разрушаются в сечении у перехода резьбовой части в гладкую. В этом сечении высока концентрация напряжений. [c.354]

В ответственных резьбовых соединениях для повышения усталостной прочности применяют болты и гайки улучшенных конструкций (болты с меньшей концентрацией напряжений в нарезанной части, гайки, работающие на растяжение с более равномерным распределением нагрузки между витками). [c.228]

Основной недостаток резьбовых соединений — концентрация напряжения в резьбе, снижающая их прочность, особенно при циклических нагрузках. [c.299]

В резьбовых соединениях имеется высокая концентрация напряжений в резьбе (рис. 26.13, а), обусловленная формой вит- [c.300]

Специальные гайки особенно желательно применять для соединений, подвергающихся действию переменных нагрузок. Разрушение таких соединений носит усталостный характер и происходит в зоне наибольшей концентрации напряжений у нижнего (наиболее нагруженного) витка резьбы. Опытом установлено, что применение специальных гаек позволяет повысить динамическую прочность резьбовых соединений на 20.. . 30%. [c.26]

Спецификой вероятностных расчетов резьбовых соединений в плане курса деталей машин является установление коэффициентов вариации основных параметров напряжений начальной затяжки, напряжений от суммарной нагрузки, пределов выносливости и коэффициента концентрации напряжений. За средние значения этих параметров в первом приближении можно принимать приведенные выше в этой главе значения. [c.119]

Анализ чувствительности материалов к концентрации напряжений при статическом нагружении, осуществлявшийся ранее непосредственно по экспериментальным данным на образцах с надрезами, благодаря исследованию перераспределения напряжений и деформаций в процессе нагружения проводят расчетными методами на основе силовых и деформационных критериев разрушения. При этом были значительно расширены расчетно-экспериментальные исследования напряжений и деформаций в упругих и неупругих состояниях зон концентрации элементов конструкций — сосудов давления, трубопроводов, дисков, резьбовых соединений. [c.20]

Напряжения от местной нагрузки. Рассматриваемые резьбовые соединения, как было отмечено выше, относятся к такому типу соединений, в которых основные параметры резьбы являются величинами, в несколько десятков раз меньшими по сравнению с общими размерами соединения. Такие конструктивные особенности резьбовых соединений накладывают определенный отпечаток на характер их напряженного состояния, позволяя, исходя из общих соображений, сделать предварительные заключения о напряженном состоянии отдельных зон соединения. Это в первую очередь относится к напряженному состоянию окрестности впадин резьбы, где вследствие сложной геометрии и большой кривизны контура возникает значительная концентрация напряжений. [c.158]

При использовании болтовых соединений вместо заклеиок изгибающий момент иа гайке при прочих равных условиях будет ниже, чем под головкой болта, так как значительная часть угла поворота (до 40%) гайки может компенсироваться за счет зазоров в. резьбе. Тем не менее гайку целесообразно размещать со стороны детали большей толщины, так как эффективный коэффициент концентрации напряжений в резьбовом соединении обычно существенно выше, чем иод головкой бэлта. [c.55]

В практических расчетах можно использовать следующие зависимости для определения теоретических коэффициентов концентрации напряжений в резьбовом соединении со стандартной гайкой и в свободной (неконтактирующей) части резьбы болта [c.152]

Для уменьшения коэффициента концентрации напряжений в резьбе целесообразно увеличивать радиус закругления у основания резьбы. На рис. 11 показана зависимость теоретического коэффициента концентрации напряжений в резьбовом соединении от радиуса закругления для случаев ввинченной части резьбы (кривая 1) и свободной части резьбы (кривая 2). Здесь же даны значения теоретических коэффициентов концентрации под головкой болта (кривая 3) в зависимости от отношения радиуса перехода к диаметру стерлсня болта. [c.353]

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]

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]

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]

Наибольшей ограниченной прочностью по сравнению с прочностью резьбовых соединений из сталей 38ХГН и 20 обладает резьбовое соединение из стали 40Х. Его преимущество возрастает с увеличением расчетной цикличности нагружений и уменьшением асимметрии нагрузки. Из трех испытанных материалов наибольшей склонностью к концентрации напряжений в условиях больших градиентов напряжений, которые наблюдаются в резьбовых соединениях, обладает сталь 38ХГН наименьшей — сталь 20. [c.168]

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]

Анализ результатов показывает, что в резьбовых соединениях нмеет место значительная концентрация напряжений. Наибольшее осевое растягивающее напряжете в зоне впадины более [c.119]

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]

Достигнутые результаты научных исследований прочности в машиностроении нашли практическое приложение в создании новых и усовершенствовании суш ествующих методов расчета и испытания деталей машин и элементов конструкций, широко используемых промышленностью. Эти результаты, а также опыт расчета на прочность и конструирование деталей машин получили обобш ение в ряде монографий, руководств, справочников и учебников, подготовленных отечественными учеными за 50 пет Советской власти, что способствовало использованию на практике новых данных теоретических и экспериментальных работ. В ряде отраслей опубликованы руководства по прочности валов и осей, резьбовых соединений, пружин, зубчатых колес, лопаток и дисков турбомашин, корпусов котлов и реакторов, трубопроводов, сварных соединений и др. Разработанные методы расчета на основе исследований прочности оказали суш,ественное влияние на улучшение конструкций деталей машин. Они количественно показали значение для прочности деталей уменьшения концентрации напряжений, снижения вибрационной напряженности, ослабления коррозионных процессов, улучшения качества поверхности, роль абсолютных размеров и многих других факторов. [c.44]

Резьбовое соединшие корпуса и крышки реактора типа ВВЭР-440. Приведенные формулы и графики позволяют получать необходимые данные о величине усилия и коэффициенте концентрации в Первом наиболее нагруженном витке резьбового соединения шпилька-ганка. Что касается резьбового соединения шпилька-корпус, напряженное состояние которого сильно отличается от напряженного состояния соединения шпилька-гайка, то ниже будут даны рекомендации по расчетной оценке величин коэффициентов концентрации в таких соединениях. [c.166]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...