Расчет и проектирование болтового соединения

8.6 Испытание на растяжение на косой шайбе полноразмерных болтов и винтов

Испытание на растяжение на косой шайбе не распространяется на винты
с потайной головкой.

Испытание на растяжение на косой шайбе следует проводить на
испытательном оборудовании, предусмотренном для испытания металлов на растяжение
в ГОСТ
1497, с использованием косой
шайбы, как показано на рисунке .

Расстояние от сбега резьбы болта до контактной поверхности гайки зажимного
устройства должно быть не менее 1d. Закаленную косую шайбу, размеры которой выполнены в соответствии
с таблицами и , устанавливают под головкой болта или винта. Испытание на
растяжение проводят до разрыва болта.

ad_h — средний ряд по ГОСТ 11284 (см.
таблицу ); b — твердость не менее 45 HRC; с — радиус или фаска 45°

Рисунок 3 — Испытание на косой шайбе
полноразмерных болтов, винтов

Таблица 10 — Диаметры отверстий для испытаний на косой шайбе

В миллиметрах

Таблица 11 — Угол скоса шайбы

Испытание считают удовлетворительным, если разрыв происходит в
стержне или в свободном резьбовом участке болта, а не в месте соединения
головки со стержнем. При этом должно быть выполнено требование, предъявляемое к
минимальному пределу прочности на растяжение (либо в процессе проведения
испытаний на растяжение на косой шайбе, либо в процессе проведения
дополнительного испытания на растяжение без использования косой шайбы) в
соответствии со значениями, предусмотренными для соответствующего класса
прочности.

Для болтов и винтов с резьбой до головки испытание считают
удовлетворительным, если разрушение происходит на свободном участке резьбы,
даже если оно в момент разрыва распространяется в область переходной галтели
под головкой или на головку.

Для болтов класса точности С радиус r₁ следует вычислять по формуле

r₁ = r_max + 0,2,

где r— радиус переходной галтели под головкой,

при этом

где d_a— диаметр
переходной галтели;

d_s — диаметр гладкой части стержня болта.

Для болтов и винтов диаметром опорной поверхности головки,
превышающим 1,7d, не выдержавших испытаний на
растяжение на косой шайбе, головки могут быть обработаны до диаметра 1,7d, а затем эти изделия могут
быть подвергнуты повторному испытанию при угле скоса, установленном в таблице .

Кроме того, для болтов и винтов диаметром опорной поверхности
головки, превышающим 1,9d, угол скоса шайбы, равный 10°, можно
уменьшить до 6°.

Примечание

1. В утратившем силу в РФ стандарте ГОСТ 1497.4-87 существовал также класс прочности 6.6.
2. Минимальный класс прочности гайки для данного класса прочности болта при создании болтового соединения.
3. Стандарт, применяемый в автомобилестроении.
4. ksi = 1000 psi = 6,895 MPa.
5. ГОСТ Р 52627-2006 не определяет конкретные марки стали, указывая только на химический состав и некоторые механические свойства. Приведённые в таблице марки стали являются наиболее употребительными в технике для данных классов прочности.
6. ГОСТ Р 52628-2006 не определяет конкретные марки стали, указывая только на химический состав и некоторые механические свойства. Приведённые в таблице марки стали являются наиболее употребительными в технике для данных классов прочности.

Особенности соединения «Болт-гайка»

Совершить болтовое соединение можно с помощью стержневого элемента: болта, винта, шпильки и т.п. Потому невозможно создать крепление разъемного типа без того, чтобы купить крепежные изделия, не подобрав под оптимальные условия для решения конкретно поставленной задачи.

Болтовое соединение стало использоваться еще во времена становления древних цивилизаций. С тех пор оно стало настолько распространено, что сейчас невозможно представить ни одну конструкцию, в которой бы не было крепления подобного рода. Однако существуют случаи, в которых использование соединения деталей с помощью болта не рационально. Потому перед выбором способа соединения деталей следует ознакомиться с достоинствами и недостатками этого типа сопряжения элементов.

Преимущества болтового соединения

1. Разъемность. В отличие от сварки, болтовое соединение имеет разъемный характер. Это удобно для конструкций, которые периодически подвергаются разборке, например, для осмотра и внедрения новых узлов. Благодаря такой удобной особенности, болтовое соединение приобрело огромную популярность, что спровоцировало оптовую продажу крепежа различной сложности.
2. Практичность. Существуют такие метизы, которые в ходе изготовления приобретают столь высокие прочностные и эксплуатационные характеристики, что могут спокойно заменить сварку и по сроку использования, и по надежности. На такие болты цена не столь велика, за счет чего их использование полностью окупается. А возможность периодического демонтажа позволяет сделать соединение особенно практичным.
3. Стоимость. На этот критерий влияет множество факторов, однако, болтовое соединение все еще остается одним из наиболее эффективных и недорогих вариантов сопряжения поверхностей друг с другом.
4. Большое разнообразие видов, посмотреть которые вы можете на сайте. В зависимости от специфики эксплуатации болты могут быть общего назначения и специализированными. Они отличаются видом и качеством сырья, присутствием защитного слоя, конструкционными особенностями и иным параметрам. Вы можете купить болты в Украине, заказав метизы различного вида, материала изготовления, наличия покрытия и пр.

Недостатки болтового соединения

1. Необходимость использовать несколько метизов. Из-за этой особенности болтовое соединение может получиться достаточно массивным, что негативно сказывается на массогабаритных особенностях всей конструкции. Чтобы избежать подобного рода неприятностей, нередко прибегают к использованию соединения подобного рода, но не требующих использования гаек — винтовое. В этом заключается основное отличие болта от винта — в необходимости закрепления соединения гайкой.
2. Необходимость корректного подбора. Болтовое соединение создается с помощью болта, гайки, иногда шайбы. Если метизы будут подобраны неправильно, это скажется на сроке эксплуатации всего сооружения.

Болтовое соединение — это удобный, быстрый и надежный способ скрепления сопрягаемых поверхностей. Его эксплуатация может производиться десятилетиями. Используя этот вид крепежа, вы сможете решить любую технологическую, производственную, хозяйственную и даже дизайнерскую задачу, вложив минимум средств и усилий.

Підписуйтесь на наш канал в Telegram

Краткая история

Долгое время считалось, что резьбовое соединение, наряду с колесом и зубчатой передачей, является великим изобретением человечества, не имеющим аналога в природе. Однако в 2011 г. группа ученых из Технологического института Карлсруэ опубликовала в журнале Science статью о строении суставов у жуков-долгоносиков вида Тригоноптерус облонгус, обитающих на Новой Гвинее. Оказалось, что лапы этих жуков соединены с телом с помощью вертлуга, который ввинчивается в коксу (тазик) — аналог тазобедренного сустава у насекомых. На поверхности вертлуга расположены выступы, напоминающие конический винт. В свою очередь, поверхность коксы также снабжена резьбовой выемкой. Такое соединение обеспечивает более надежное крепление конечностей, чем шарнирное, и гарантирует ведущему древесный образ жизни насекомому большую устойчивость.

Первые крепёжные детали, имеющие резьбы, начали применяться в Древнем Риме в начале нашей эры. Однако из-за высокой стоимости они использовались только в ювелирных украшениях, медицинских инструментах и других дорогостоящих изделиях.

Широкое применение болты и гайки нашли в XV столетии. Они соединяли подвижные сегменты брони доспехов и части часовых механизмов. Станок немецкого первопечатника Иоганна Гутенберга, созданный в период между 1448 и 1450 годами, имел резьбовые соединения, детали его скреплены винтами.

Конгруэнтные винтам отдельные детали с резьбой на внутренней стенке цилиндра, специально служащие для крепления, то есть гайки, возникли лишь полторы сотни лет спустя. В начале семнадцатого столетия появилось резьбовое соединение, сходное с современным. Первоначально шаг резьбы был дюймовым, и только в начале XIX века французы ввели в обиход метрическую резьбу. Гайки нашли широкое применение в различных сферах техники, и, подобно всякому часто используемому предмету, стали совершенствоваться и изменяться по своей форме, размеру, материалу и функциональному предназначению. Возникли гайки квадратные, восьми- и шестигранные, колпачковые («глухие»), прорезные (корончатые), барашковые.

Рассчет болтового соединения

Рассчет болтового соединения заключается в подборе оптимального количества болтов заданного диаметра, или в определении диаметра болта а также толщины стягиваемых болтом элементов. В сдвигоустойчивых соединениях болты рассчитываются на растягивающее усилие, необходимое для стягивания пакета и обеспечения достаточной величины силы трения между пластинами пакета. Эта сила трения препятствует смещению пластин, и болт работает только на растяжение.

Рассчет болтового соединения
с несущими болтами предполагает работу тела болта на срез при смещении пластин, а так же работу кромок пластин на смятие. Исходя из расчета болтов на срез определя количество и диаметр болтов. Рассчитывая пластины пакета на смятие, определяется толщина пластин пакета.

Подготовка и затяжка болтовых соединений

Перед устройством болтовых соединений, скрепляемые детали подготавливают. Очищают от пыли, грязи, ржавчины, льда. Шлифуют кромки отверстий и пластин от заусенцев, чтобы пластины примыкали плотно по всей площади.

После контроля и зачистки деталей болтового соединения, производят совмещение отверстий под болты и их фиксацию. Для более точного совмещения отверстий используется проходная оправка. Это специальный стержень диаметром на 0,2 мм меньше диаметра болтового отверстия, выполненный с одной стороны в виде конуса. Проходную оправку вставляют в отверстие и забивают кувалдой. После этого совмещенное отверстие фиксируют пробкой — гладким стальным стержнем.

Затяжка болтовых соединений
должна обеспечить плотность пакета. Это достигается соблюдением последовательности затяжки болтов по проекту. В большинстве случаев, болты в соединении затягивают от центра к краям. В этом случае, пластины в поцессе затяжки могут перемещаться к краям относительно друг друга. Этим достигается плотность пакета пластин.

При , неизбежна разбежка между отверстиями в смежных пластинах. Поэтому, в таких конструкциях отверстия выполняются меньшего диаметра. После совмещения отверстий, они рассверливаются по месту под необходимый диаметр болтов.

Затяжку болтов выполняют специальными торировочными ключами. Они позволяют контролировать момент затяжки болтовых соединений
. Ключи с трещотками устроены таким образом, что при достижении усилия момента затяжки определенного значения, срабатывает трещотка и перетяжка невозможна. В то же время, монтажник знает о том что болт затянут как нужно.

Другой тип — ключи с индикаторами. Они имеют прибор со шкалой, показывающий величину момента затяжки болта или позволяющий рассчитать эту величину на основе его показаний.

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на проектирование и расчет стальных конструкций с монтажными соединениями на болтах, в том числе высокопрочных, предназначенных для несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений различного назначения, воспринимающих постоянные, временные и особые нагрузки в климатических районах с расчетной температурой до -65 °С и сейсмичностью до 9 баллов, эксплуатируемых как в слабоагрессивных, так и в среднеагрессивных и агрессивных средах с применением защитных металлических покрытий.

1.2 В стандарте изложены основные положения по проектированию и расчету соединений на болтах, работающих на срез и растяжение, приведены области рационального применения болтов различных диаметров и классов прочности.

6.3 Соединение заклепками

Такие соединения применяют для деталей из несвариваемых, а также не допускающих нагрева материалов в самых различных областях техники – металлоконструкциях, котлах, судо- и самолетостроении.
Заклепки изготавливают из достаточно пластичных для образования головок материалов: сталей марок Ст2, Ст3, Стали 10, латуни, меди и др. Материал заклепок должен быть однородным с материалом соединяемых металлических деталей.
Наиболее широко применяют заклепки с полукруглой, потайной, полупотайной, плоской головкой, классов точности В и С, с покрытием и без него.
Рисунок 6.11 — ЗаклепкиОбозначение: Заклепка С8х20.38.МЗ.136 ГОСТ …,  где — С — класс точности, 8 — диаметр, 20 — длина, 38 — обозначение группы материала, М3 — марка материала (медь), 136 — обозначение вида и толщины покрытия.
Отверстия под заклепки пробивают или сверлят немного больше размера (на 0,5 …1 мм) диаметра заклепки. Свободный конец должен иметь длину, необходимую для изготовления замыкающей головки (Рисунок 6.12) и выбираемую по ГОСТ 14802-85 — «ЗАКЛЕПКИ (ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ) Диаметры отверстий под заклепки, размеры замыкающих головок и подбор длин заклепок», размеры гнезд регламентированы ГОСТ 12876-67 — «Поверхности опорные под крепежные детали. Размеры».
.
Рисунок 6.12 — Расчет длины заклепки
По назначению заклепочные швы делят на прочные, плотные, обеспечивающие герметичность, и плотно-прочные. По конструктивным признакам заклепочные швы бывают одно-,  двух-,  трехрядные и т.д. с листами, расположенными встык с одной или двумя накладками, с цепным или шахматным расположением заклепок (Рисунок 6.13).
Рисунок 6.13 — Варианты расположения заклепок
Если шов содержит заклепки одного типа и с одинаковыми размерами, то на чертеже  согласно ГОСТ их обозначают одним из условных знаков в одном-двух местах каждого соединения, а в остальных — центровыми или осевыми линиями (Рисунок 6.14). На чертеже наносят размеры расстояний между заклепками в ряду, между рядами и от кромок листов.
Рисунок 6.14 — Условные изображения заклепок различного типа на чертеже
Рисунок 6.15 — формирование замыкающей головки
Рисунок 6.16 — Изображение заклепки с полукруглой головкой

Длина заклепок выбирается из следующего ряда: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 мм и т.д..