ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПОСТОЯННЫХ НАГРУЗКАХ
Разрушение резьбового соединения при постоянных (статических) нагрузках происходит вследствие обрыва стержня болта (шпильки) или среза витков резьбы.
Нагрузка, разрушающая стержень болта в его резьбовой части,
где
— предел прочности при растяжении стержня с резьбой.
Отношение
к пределу прочности материала
по экспериментальным данным приведено в табл. 13.
Если разрушающую нагрузку относить к фактической площади поперечного сечения резьбы
то величина
уменьшится. Фактическая площадь поперечного сечення лежит в пределах
Иногда в качестве расчетной используют площадь, отнесенную к условному среднему диаметру (между средним и внутренним диаметрами резьбы):
Предел прочности резьбового стержня в этом случае
отличается от
Значения отношения — приведены в табл. 13. Для болтов из распространенных сталей (стали
и др.) при расчете по формуле (48) можно принимать
Стали с пределом прочности
и с пониженной пластичностью применять для силовых соединений, нагруженных растягивающими нагрузками, не рекомендуется.
13. Отношения
для сталей различной прочности
14. Коэффициент
для соединений с болтами из сталей и титановых сплавов
Необходимо иметь в виду, что при наличии после резьбы проточки с диаметром
прочность стержня определяют в сечении по проточке или гладкой части стержня, если
При наличии проточки разрушающая нагрузка
где х — коэффициент, учитывающий упрочняющий эффект от проточки.
Для проточки в виде полукруглой канавки можно принять
для проточки, имеющей цилиндрический участок,
Основными конструктивными параметрами, определяющими прочность витков, являются диаметр
и шаг резьбы Р. радиус закругления
впадинах резьбы
высота гайки Н (длина свинчивания
соотношение механических характеристик материалов болта и гайки.
Усилие, вызывающее срез витков: резьбы болта
резьбы гайки
В этих равенствах
— коэффициенты полноты резьбы болта а гайки; для метрической резьбы
для трапецеидальной
— высота гайки;
— коэффициент, учитывающий неравномерность деформаций витков по высоте гайки при наличии в резьбе пластических деформаций и особенности разрушения резьбы; теоретически
лишь для соединений с равномерным распределением нагрузки между витками, разрушение которых происходит в результате чистого среза, на практике такой случай почти не реализуется, и всегда
— пределы ппочности материалов соответственно болта и гайки на срез; можно принимать
для сталей и титановых сплавов,
для алюминиевых и магниевых сплавов.
На основании экспериментальных данных можно рекомендовать для практических расчетов значения коэффициента
из табл. 14.
При расчете несущей способности резьбы соединений стальных шпилек с корпусами из пластмасс, алюминиевых и магниевых сплавов можно принимать
а для соединений со спиральными вставками
Для обеспечения равнопрочностн стержня болта и витков резьба гайки должно быть
Величину
определяемую из условия равнопрочносги стержня и витков резьбы, называют необходимой высотой гайки. Фактическая высота гайки
Для резьбовых соединений, воспринимающих значительные статические нагрузки, не следует применять резьбы с отношением диаметра резьбы к шагу
При мелкой резьбе
может наступать явление цепного среза, когда разрушение витков идет одно за другим, и равнопрочности гайки и болта нельзя достичь даже при очень большой высоте гайки. Для гаек из пластмасс цепной срез возможен при
Высоту гайки или длину свинчивания, при которой несущая способность
15. Относительная длина завинчивания стальных шпилек в корпус
резьбы наибольшая, называют предельной. Эта длина свинчивания соответствует максимальному числу витков, несущих нагрузку при наличии в резьбе пластических деформаций, и зависит преимущественно от характера распределения нагрузки по виткам, диаметра и шага резьбы, диаметра (радиальной жесткости) гайкн. При диаметре гайки
предельная относительная высота гайки (длина свинчивания)
.
При уменьшении диаметра гайкн до
радиальные деформации возрастают и предельная длина свинчивания снижается
Предельная несущая способность резьбы по разрушающему усилию может быть определена по формулам (50) или (51), для этого необходимо принять в них
при
или
при
Длину завинчивания шпилек в корпус можно принимать по табл. 15.
В большинстве конструкций резьбовые соединения подвержены воздействию изгибающих нагрузок от перекоса опорных поверхностей и др.
Болты из высокопрочных сталей с
весьма чувствительны к перекосу опорных поверхностей на 4° и более. Прочность болтов из сталей и титановых сплавов с
при нормальной температуре не снижается даже при перекосе поверхностей на 8°.
Для силовых резьбовых деталей не следует применять сталь с ударной вязкостью
Чувствительность стальных болтов к перекосу можно понизить повышением температуры отпуска.
На практике напряжения изгиба снижают при помощи технологических (введение жестких допусков на перекос поверхности, биение торца гайки и т. п.) и конструктивных мер (рис. 22).
При проектировании резьбовых соединений, работающих в условиях высокой температуры
необходимо учитывать ползучесть и длительную прочность. Эксперименты показали, что при повышенных температурах чувствительность к концентрации напряжений для большинства жаропрочных сталей и сплавов резко возрастает. На таких болтах целесообразно изготовлять резьбу с увеличенным радиусом во впадинах. Кроме того, следует уменьшать дополнительные напряжения от изгиба и температурных деформаций.
В табл. 16 приведены механические характеристики сталей и сплавов, используемых для изготовления болтов и шпилек, работающих при повышенных температурах.
Для изготовления соединений, работающих длительно при температурах до
и кратковременно до
используют молибден. Для повышения жаростойкости болты хромируют или покрывают силицидами.

(кликните для просмотра скана)
Рис. 22 Конструктивные способы разгрузки резьбы от напряжений изгиба
При расчете прочности определяют запасы прочности по пределу ползучести
и по пределу длительной прочности
При низких температурах часто происходит хрупкое разрушение болтов (без заметной пластической деформации).
Экспериментальные исследования и опыт эксплуатации машин показали, что болты
углеродистых сталей могут работать длительно до температуры
Болты соединений, работающих при температурах до
следует изготовлять из легированных сталей с
При более низких температурах тяжелонагруженные болты следует изготовлять из коррозионно-стойких сталей переходного класса
Расчет на прочность резьбовых соединений в условиях понижения температур не отличается от расчета при нормальной температуре.