3.2. Определение сил, действующих на один болт

Резьбовые соединения, как правило, выполняются несколькими (одинаковыми) болтами, винтами или шпильками (далее будем применять только термин болт), поэтому первой задачей расчета соединения является определение сил, действующих на наиболее нагруженный болт. Стыки болтового соединения обычно ограничены прямоугольником, квадратом или окружностью. Как правило, стыки имеют две оси симметрии, и центр тяжести площади стыка

Рис. 3.6. Схема действия сил в стыке: внешняя сила действует перпендикулярно к плоскости стыка и проходит через центр тяжести стыка

Рис. 3.7. Схема действия сил в стыке: внешняя сила действует в плоскости стыка и проходит через центр тяжести стыка

совпадает с центром тяжести группы болтов, образующих соединение.

Все сложные случаи нагружения соединения можно разделить на ряд простых, которые рассматриваются ниже.

Случай 1 (рис. 3.6). Внешняя сила действует перпендикулярно к плоскости стыка и проходит через его центр тяжести. Болты поставлены с зазором.

Внешняя сила, действующая на каждый болт,

где — число болтов.

Случай 2 (рис. 3.7). Внешняя сила действует в плоскости стыка и проходит через его центр тяжести. Болты могут бить поставлены с зазором и без зазора (под развертку).

Внешняя сила, действующая на каждый болт в плоскости стыка,

Случай 3 (рис. 3.8). Внешний момент Т действует в плоскости стыка. Болты могут быть поставлены с зазором и без зазора.

Рис. 3.8. Схема действия сил в стыке: внешний момент действует в плоскости стыка

При прямоугольном стыке (рис. 3.8, а) наиболее нагружен болт, наиболее удаленный от центра тяжести стыка. Действующая на него внешняя сила направлена перпендикулярно к линии, проведенной из центра тяжести стыка к центру болта,

где гтах — наибольшее расстояние от центра тяжести стыка до центра болта.

При круглом стыке (рис. 3.8, б) внешняя сила, действующая на каждый болт в плоскости стыка,

где — диаметр окружности, на которой находятся центры болтов.

Случай 4 (рис. 3.9). Внешний момент М действует в плоскости, перпендикулярной к стыку. Болты поставлены с зазором. Наиболее нагружен болт, находящийся дальше других от оси симметрии стыка, относительно которой действует внешний момент. Действующая на него сила направлена по оси болта:

где — наибольшее расстояние от оси симметрии стыка до оси болта.

Нагружение соединения по рис. 3.10, где внешняя сила наклонена к плоскости стыка и не проходит через его центр тяжести, приводится к случаям 1, 2 и 4. Результирующая внешняя сила, действующая по оси наиболее нагруженного болта, равна алгебраической сумме составляющих от силы и момента М.

Нагружение соединения по рис. 3.11, где в плоскости стыка действует сила и момент Г, приводится к случаям 2 и 3.

Рис. 3.9. Схема действия сил в стыке: внешний момент действует в плоскости, перпендикулярной к стыку

Рис. 3.10. Схема действия сил в стыке: внешняя сила направлена к плоскости стыка и не проходит через центр тяжести стыка

Рис. 3.11. Схема действия сил в стыке: в плоскости стыка действуют сила и момент

Результирующая внешняя сила, действующая на наиболее нагруженный болт равна максимальному значению векторной суммы составляющих от силы и момента Т.