Металлические конструкции ГПМ

По материалам [9] болты (в том числе высокопрочные) следует размещать в соответствии с табл.39.

Болтовые соединения являются многократно статически неопределимыми системами, поэтому для расчёта усилий в болтах приходится использовать определённые допущения о характере их распределения между болтами, что, безусловно, снижает достоверность расчёта. При проектировании обычно производится предварительное размещение болтов в стыке, после чего выполняется расчёт максимального усилия и выбор диаметра болтов. После окончательного размещения болтов с учётом удобства затяжки и конструктивных рекомендаций выполняют проверочный расчёт.

9.3.2 Фланцевые болтовые соединения

Для создания фланцевого соединения к торцам конструктивных элементов приваривают листы (фланцы). Которые при монтаже стянивают болтами (рис.70, а). Обычно используют внешнее размещение болтов, но при достаточно больших размерах соединяемых конструктивных элементов, болты могут быть размещены и внутри, что уменьшает габаритные размеры узла и повышает надёжность сварного соединения (рис.70, в). Если фланцевое соединение подвергается таким нагрузкам, что болты оказываются растянутыми, то фланец испытывает изгиб, поэтому его делают толще, чем элементы присоединяемой конструкции (рекомендуется tF 1,1d , d - диаметр болта), и при необходимости подкрепляют рёбрами. При внешнем расположении болтов, размер aF1 выбирают минимальным из условия расположения болтов. Внутри присоединяемой коробчатой балки при необходимости можно сделать отверстие во фланце, но при этом размер aF 2 не должен быть меньше aF1 . Это ограничение способствует снижению местных изгибающих напряжений в сварном шве и повышению его долговечности.

Рис. 70 Во фланцевых соединениях болты обычно устанавливают с зазором. Для восприятия

сдвигающих усилий ставят два штифта, которые размещают в той области, где болты наименее нагружены. Если сдвигающее усилие имеет постоянное направление, то вместо штифтов на одном из фланцев целесообразно сделать уступ, который получается после механической обработки прилегающих поверхностей и служит упором (рис.70, а).

Сварное соединение должно быть рассчитано по рекомендациям п.9.2 (в частности п.9.2.2). Если прочности швов или жёсткости фланцев на изгиб оказывается недостаточно, то вводят местное утолщение присоединяемых листов или укрепляют их рёбрами жёсткости (рис.70, г). Следует иметь ввиду, что окончание ребра на балке является существенным концентратором напряжений, поэтому для интенсивно нагруженных фланцевых соединений следует предпринимать меры защиты от усталостного и хрупкого разрушения. В результате сварочных поводок, фланцы теряют плоскую форму, поэтому их прилегающие поверхности должны быть механически обработаны.

Расчёт фланцевого соединения.

При монтаже фланцевого соединения болты затягивают до начального усилия S0 . При этом болт удлиняется, а кольцевая область фланца, расположенная вокруг болта и зажатая между его головкой и гайкой, сжимается под действием реактивного усилия F0 S0 (рис.71, а).

Удлинение болта и перемещение поверхностей фланцев вычисляют по формулам:

где: lB lF - длина болта между опорными поверхностями, равная суммарной толщине фланцев:

AB и AF - площадь сечения болта и сжатой области фланца;

E - модуль упругости, E 1,9 2,2 106 кгс/см2;

«минус» указывает на то, что фланец сжат силой S0 ;

Площадь сечения болта принимают по табл.33, либо вычисляют по минимальному диа-

Деформирование болта и фланца удобно изображать на совмещённом графике в координатах «усилие-перемещение», на котором усилие сжатия фланцев условно считается положительным и углы наклона графиков деформирования равны значениям коэффициентов жёсткости tg B B и tg F F . При этом точки, соответствующие начальной затяжке болта, совмещаются (рис.71, б, точка 1).

A

Рис. 71

При приложении внешней нагрузки Р усилие растяжения болта S возрастает на S

нём изменяется усилие при нагружении фланцевого соединения. Это способствует повышению долговечности болтов. С этой целью используют болты с уменьшенным диаметром в центральной части (рис.71, в) или увеличивают длину болтов за счёт применения втулок 1 (рис.71, г).

Для того, чтобы стык не раскрывался при нагружении, необходимо иметь Fmin S0 FP 0,5S0 .

Отсюда:

необходимое усилие предварительной затяжки болта:

Smax S0 SP 1,75Р; (9.3.4)

где: Rвh - расчётное сопротивление болта растяжению, табл.35, зависящее от класса прочности по ГОСТ 1759.4 и временного сопротивления в принимаемого по табл.36;

AВ - площадь сечения по впадине резьбы, табл.34;

Таким образом, для определения максимального усилия, растягивающего болт, необходимо найти действующую на него нагрузку P . Для этого делаются следующие допущения:

 при загружении соединения продольной, центральной, растягивающей силой Fx все болты загруженыодинаково и на каждый приходится усилие:

нально расстоянию до оси раскрытия стыка, которая расположена на уровне края присоеди-

z j и zJ - расстояние от удалённого ряда болтов и самого удалённого ряда болтов до оси раскрытия стыка;

Pj и PJ - усилие в болтах удалённого ряда и самого удалённого ряда болтов;

При совместном действии центрального растягивающего усилия и моментов в двух плоскостях наиболее нагруженным оказывается один из угловых болтов. Расчётное усилие в нём определяется по формуле:

вого соединения. Если продольная сила сжимает фланец, то она считается отрицательной

( Fx 0 ).

Проверка прочности болта производится по условиям:

где: в 2 - допускаемое напряжение материала болта, равное временному сопротивлению делённому на коэффициент запаса прочности n 2 .

в - временное сопротивление болта разрыву по ГОСТ 22356-77;

При условии контролируемой затяжки болтов используют следующие значения коэффициентов:

d 0,6 - учитывает неравномерность затяжки болтов;

m 0,6 0,65 ;

9.3.3 Болтовые соединения с продольным стыком.

Соединения с продольным стыком предназначена для передачи всех видов нагрузок, действующих в плоскости стыка. В таких соединениях применяют болты, устанавливаемые в отверстие с зазором или по посадке.

Прочность болта устанавливаемого по посадке может быть не стол высока, так как сдвигающее усилие ограничивается смятием менее прочного материала конструкции, кроме того, при установке не требуется сильная и жёстко контролируемая затяжка болта.

Для создания соединений в ответственных конструкциях следует использовать высокопрочные болты с контролируемой затяжкой устанавливаемые в отверстие с зазором. Болты, устанавливаемые по посадке, не рекомендуется использовать в соединениях, воспринимающих знакопеременную нагрузку. Болты должны быть размещены так, чтобы была обеспечена возможность закручивания гаек. Расстояния между центрами болтов должно быть не менее 2,5d и не более 8d. Расстояние между центром болта и краем накладки или присоединяемого элемента – не менее 2d (для высокопрочных болтов ≥ 1,3d) и не более 4d.

Методика определения несущей способности одного болта

Болты, устанавливаемые в отверстие с зазором, (рис.72, а), обеспечивают передачу уси-

лия от элемента к элементу за счёт сил трения, которые возникают в результате сжатия элементов при затажке болтов. Для этих соединений обычно используют высокопрочные болты.

Сдвигающее усилие, которое способен передать один болт определяется по формуле:

где: u - число поверхностей трения или среза;- коэффициент трения, табл.37;

в n - допускаемое напряжение материала болта, равное временному сопротивлению де-

лённому на коэффициент запаса прочности n , для высокопрочных болтов – n 2 , для болтов

dB - коэффициент условий работы болта, табл.37

Болты устанавливаемые в отверстие по посадке, (рис.72, б), передают усилия за счёт контакта с соединяемыми элементами по цилиндрическим поверхностям в отверстии. Сдвигающее усилие, которое способен передать один такой болт, ограничено условиями среза болта и смятия боковых контактных поверхностей.

По условию среза значение передаваемого усилия определяется:

По условию смятия, как правило, более слабым оказывается металл соединяемых листов, поэтому предельное усилие вычисляется:

d0 - диаметр болта по посадке;

t - меньшая суммарная толщина листов, сминаемых в одном направлении;

Вs 0,4 в - допускаемое напряжение болта на срез;

Rвs - расчётное сопротивление болта на срез, табл.35;

P 1,7 - допускаемое напряжение для материала конструкии на смятие;

m 0,4

RP - расчётное сопротивление материала конструкции на смятие, определяется по формулам табл.38 или по формуле – RP 1,7 1,8 Т ;

Расчёт соединения на накладках

В конструкциях используют многоболтовые соединения. Сечение присоединяемого элемента должно перекрываться болтовым соединением по возможности равномерно (соединение поясов балок должно передавать усилие, действующее в поясах, а соединение стенок – усилие в стенках). Для определения сдвигающего усилия, действующего на самый нагруженный болт, необходимо сделать допущения о характере их распределения между болтами, считая, что распределение усилий между болтами одного соединения соответствует распределению напряжений в присоединяемом элементе.

Продольная сила загружает сечение равномерно (рис.72, в), поэтому она равномерно рас-

Изгибающий момент M y загружает стенку и пояс по разному. Для того, чтобы равно-

мерно загрузить соединения поясов и стенок, разделим действующий изгибающий момент M y

между этими элементами. При изгибе балки они имеют одинаковый радиус кривизны:

Распределение изгибающих моментов между поясом и стенкой пропорционально их моментам инерции:

где: J yf и J yw - моменты инерции пояса и стенки относительно оси 0 – Y;

Момент М yf загружает пояс равномерно, поэтому и усилия от него между болтами на поясе распределяются равномерно:

где: PjwM y и PJwM y - сдвигающие усилия, приходящиеся на каждый болт j-го от нейтральной оси

и последнего J-го ряда болтов.

Изгибающий момент уравновешивается моментами усилий, передаваемых болтами на двух стенках:

Таким образом, при одинаковом количестве болтов во всех рядах усилие, приходящееся на самый нагруженный болт на стенке, вычисляется по формуле:

k

Перерезывающую силу Qy в основном воспринимают пояса, а Qz - стенки, поэтому по-

лагая равномерное распределение усилий между болтами, найдём усилие на один болт в этих элементах:

Наибольшее усилие, приходящееся на самый нагруженный болт в соединении пояса:

на нейтральной оси не считать); Прочность соединения на высокопрочных болтах обеспечена при:

в СРДН P1 f PBh1 и P1w PBh1 ; (9.3.33)

Усилия P1 f и P1w вычисляются по правилам принятой системы расчёта (СРДН или СРПС).

Расчёт на прочность балки в зоне размещения болтового соединения производится по условиям (3.2.1) и (3.2.3). Расчётные номинальные напряжения еs (3.1.1) – (3.1.4) для соедине-

ний на высокопрочных болтах вычисляются по сечению брутто (без учёта отверстий), а для болтового соединений установленного по посадке – по сечению нетто. При равномерном распределении болтов по сечению элемента балки (пояса или стенки) с шагом kd его площадь и момент инерции можно вычислить по формулам (8.3.4) – (8.3.6), но с использованием эквивалентной толщины te k 1 tk ( d - диаметр отверстий, t - толщина листа).

9.3.4 Расчёт резьбы

Расчётные зависимости для витков в предположении равномерного распределения усилия по виткам и неучёте небольших конструктивных зазоров по вершинам и впадинам резьбы:

Гайка:

Расчёт витков на срез:

F ; (9.3.37)

Hd2

Расчёт витков на изгиб:

3F d2 dв ; (9.3.38)

2 2t 2 d2 z

Болт (винт):

Расчёт витков на срез:

F ; (9.3.39)

Hdв

Расчёт витков на изгиб:

3F d2 dв ; (9.3.40)

2 2t 2 dв z

Расчёт витков на смятие (для гайки и болта):

1 - для треугольных (метрических) резьб;

0,5 - для квадратных резьб;

0,63 0,68 - для трапецоидальных резьб;

Дополнительные материалы по расчёту болтовых соединений см. [7].

10. Нагрузки при ударе о буферный упор.

считая, что в процессе взаимодействия буфера с упором тележка равноускоренно тормо-

зится, а груз продолжает движение со скоростью VT1, примем lQ ≈ 2x1;

При расчёте конструкции это усилие должно быть приложено в месте крепления буфера При ударе в буфер тележки с жёстким подвесом груза инерционная сила, действующая

на конструкцию, вычисляется по суммарной массе тележки с грузом:

Максимальное замедление тележки или крана при ударе о буфер:

где: S – площадь поперечного сечения;

[ ] В - допускаемое напряжение сжатия, кгс/см2;

1,5

В ≈ 45 кгс/см2 – предел прочности резины при разрыве; Касательное напряжение для цилиндрических винтовых пружин круглого сечения:

считать, что груз подвешен жёстко: mTVT21 n c1x12 ;

Основные данные монолитных резиновых буферов показаны в табл. 45