Фиг. 65.Конструктивная схема крепления цилиндра двигателя к картеру.
Каждое болтовое соединение, помимо специальных условий работы данного соединения, должно удовлетворять общим требованиям, предъявляемым к затяжке резьбовых соединений машин; эти общие требования и рассмотрены ниже. Герметичность и прочность стыка, помимо прочих факторов, обусловливаются упругими деформациями, вызываемыми предварительной затяжкой болтов и шпилек, усилие которой выбирают в зависимости от условий работы, конструкции стыка и ответственности соединения. Определение усилия затяжки болта (шпильки) рассмотрим на примере крепления цилиндра двигателя внутреннего сгорания к картеру (фиг. 65), который затянут усилием Р0- Такое устройство характерно для большинства прочно-плотных резьбовых соединений встречающихся в различных машинах, цилиндрах, котлах и т. п. оборудовании. Болт под действием усилия удлиняется; полагаем, что его деформация находится в пределах упругих деформаций, т. е. пропорциональна усилию. То же усилие Р0 прижимает стягиваемые детали одну к другой и вызывает сжатие этих деталей. Деформация болта и стягиваемых деталей определяется по формулам: Если величину упругого удлинения болта Х0 построить графически перпендикулярно к усилию Ро и концы отрезков соединить прямой, то получим треугольник ЛВС, из которого можно найти удлинения болта, соответствующие растягивающим усилиям (фиг. 66). Таким же образом можно построить треугольник ABD для определения деформации сжатия "стягиваемых деталей. Предположим теперь, что в цилиндре действует рабочее давление Рд, тогда болт удлинится еще на величину АХ. На такую же величину уменьшится деформация стягиваемых деталей, вследствие чего они будут находиться уже не под нагрузкой Ро, а под действием усилия Р". Это усилие можно определить, если на диаграмме деформаций болта и стягиваемых деталей (фиг. 66) отложить величину ДХ вниз отточки В, т. е. вычесть ее из величины 80) и через точку k провести прямую, параллельную АВ\ искомое усилие будет равно отрезку kN — Р". Усилие Р', действующее на болт, после приложения внешней силы, определяется отрезком mk^P'. Внешняя сила Рд, вызывающая упомянутые деформации, в частности удлинение болта на величину ДХ, определяется отрезком Nm = Рд. При весьма большой нагрузке болт может настолько удлиниться, что сжатые элементы полностью восстановят свои размеры. Это соответствует удлинению болта на величину Х0 - S0 и нагрузке Рпр. Нагрузка Рпр, очевидно, является предельной, так как при дальнейшем увеличении ее в соединении появится зазор, стык начнет раскрываться, а при резком снятии нагрузки возможно появление ударов. Как видно из диаграммы деформаций, усилие предварительной затяжки Ро зависит от внешних сил Q (в нашем случае Ра), однако прямой пропорциональности между ними нет. Найти значение усилия Р0, обеспечивающее плотность стыка при сборке резьбового соединения, и является задачей расчета. Из фиг. 66 следует, что усилие предварительной затяжки Из этого уравнения легко определить усилие предварительной затяжки, если задаться силой Р" сжатия стягиваемых поверхно¬стей (после приложения внешней нагрузки). Обычно силу сжатия выбирают пропорциональной действующим внешним силам Р" =?= pQ, где р — коэффициент пропорциональности. Выражая Р" через fiQ, получаем Уравнение (44) 'является расчетным выражением для определения усилия предварительной затяжки. Для средних условий обычно принимают р = 0,8 - 1,0. Площадь соприкосновения, подверженную сжатию одним болтом, принимают равной сечению кольца с наружным диаметром DH = dx +28. Приближенно, но с достаточной для практики точностью площадь соприкосновения поверхностей определяется уравнением Введя в расчетную формулу (44) для определения усилия затяжки Р0 вместо фактора жесткости E2Fг или найденную величину приведенного фактора жесткости, можно выполнить расчет аналитическим и графическим методами, как было указано выше. В тех случаях, когда трудно достичь механической обработкой достаточно плотного прилегания опорных поверхностей деталей, между стягиваемыми поверхностями обычно кладут прокладку из легко деформирующегося материала (меди, специальной резины, асбеста и др.). При затяжке болтов (шпилек) следует иметь в виду, что усилие, действующее по оси болта, тем больше, чем меньше жесткость стягиваемых деталей или прокладки между ними. Это наглядно представлено на фиг. 67. Если вместо треугольника ABD взять треугольник ABD', высота которого в 2 раза больше, то под действием внешней нагрузки Q усилие, действующее по оси болта. В конструкциях, где на резьбовые соединения воздействуют ударные нагрузки (например, у вырубных и кузнечных прессов), усилие затяжки болтов должно быть больше максимальной нагрузки, действующей на болты. Обычно усилие затяжки принимают равным удвоенной номинальной нагрузке В условиях переменной нагрузки большое влияние на долговечность работы резьбового соединения оказывает предварительная затяжка болтов. По данным М. П. Новикова 1, при диапазоне изменения рабочей нагрузки в пределах 0—4180 кг средняя продолжительность срока службы болта меняется в зависимости от усилия затяжки в пределах, указанных в табл. 16. Таблица 16 Продолжительность срока службы болтов в зависимости от усилия затяжки Данные табл. 16 показывают, как велико значение правильного выбора величины усилия предварительной затяжки для долговечности работы резьбового соединения. При действии на деталь переменной нагрузки запас прочности л0 при симметричном цикле определяется по уравнению 2 Предварительная затяжка болтов уменьшает амплитуду цикла напряжений 8 и способствует повышению прочности. Исследования дефектов сборки резьбовых соединений показали, что 50—70% повреждений болтов в ответственных соединениях вызываются неправильной затяжкой. Приведенные выше расчеты позволяют сделать ряд практических выводов, которые должны быть приняты во внимание при сборке резьбовых соединений. 1. Усилие предварительной затяжки следует назначать, исходя из величины рабочей нагрузки, когда внешние силы известны, или из величин допускаемых напряжений в болте (шпильке). 2. Стягиваемые детали должны иметь гладкие и взаимно параллельные поверхности. Во многих случаях строгие требования к точности прилегания опорных поверхностей деталей вызывают необходимость проверять эти поверхности по отпечатку краски е обязательным процентом площади прилегания (это относится также к опорным поверхностям подкладных и контрящих шайб, торцам гаек и т. п. поверхностям). 3. Перед затяжкой стыков необходимо сначала выбрать все зазоры в системе путем «осаживания» скрепляемых деталей, а для ответственных узлов необходимо давать определённую выдержку во времени, чтобы устранить влияние остаточных деформаций неровностей (гребешков) на поверхностях стягиваемых деталей. 4. В машинах, работающих при высокой температуре, например, в двигателях внутреннего сгорания, паровых и газовых турбинах и др., дополнительное чрезмерное затягивание болтов (шпилек) с целью устранения течи может вызвать текучесть материала крепежных деталей, т. е. разрушение их. При переборке машин все про-кладки следует заменять, так как деформированная прокладка, бывшая в употреблении хотя бы один раз, не может обеспечить герметичность стыка.
