студента первого курса Ракетомодельного форума - Джи-джи.
Курсовая работа на тему «Как бы я поступил в этом случае …»
студента первого курса Ракетомодельного форума - Джи-джи.
Стандартные крепежные резьбовые детали общего назначения изготавливают из мало - и среднеуглеродистых сталей (см. табл. 1). Эти стали, позволяют изготовлять резьбовые детали методом холодной штамповки с последующей накаткой резьбы. Легированные стали 35Х, 30ХГСА применяют для весьма ответственных винтов, болтов, шпилек и гаек.
(Можно сравнить по таблице пределы текучести для ст.3 и 35Х)
Механические свойства сталей для резьбовых соединений.*
Табл.1
Марка стали | Предел текучести, σт н/мм2 |
Ст.3 | 230 |
А12 | 240 |
20 | 245 |
Ст.4 | 260 |
25 | 275 |
35 | 314 |
35Х | 785 |
* Данные взяты из справочника «Детали машин» М., 1973г.
В дальнейшем при расчетах принимаю, что резьбовые детали сделаны из самой «плохой» стали – ст.3.
Теперь рассмотрим болтовое соединение, нагруженное поперечной силой Т (рис.1)
Рассмотрим -
Болт ставится с зазором в отверстия деталей. При затяжке болта на стыке возникают силы трения, препятствующие относительному их сдвигу. Внешняя сила Т непосредственно на болт не передается, поэтому его рассчитывают только по силе затяжки V.
, где
Т – внешняя сила.
(Давление 100 атмосфер (принимаю пока для расчета такое значение)– следовательно, на
крышку диаметром 64 мм (s=201мм2 или 20,1 см2) будет давить сила равная 2000кг или 20000Н (20кН).)
r = 1,2…2 - коэффициент запаса по сдвигу деталей (беру 1,5);
f – коэффициент трения. (Для стальных поверхностей f = 0,15 - 0,20 - беру 0,15)
i = 1..2 число стыков (в нашем варианте i = 1)
z – число болтов (принимаем 10 штук)
Подставляем в формулу выше приведенные значения
При затяжке болт работает не только на растяжение, но и на кручение, поэтому вводится поправочный коэффициент 1,3.
Vрасч=1,3V=26кН
Значения требуемого коэффициента запаса прочности [nт]
при расчете болтов с неконтролируемой затяжкой
Табл.2
Сталь | Постоянная нагрузка | Переменная нагрузка | ||||
Диаметр резьбы d, мм | Диаметр резьбы d, мм | |||||
От 6 до 16 | Св. 16 До 30 | Св.30 До 60 | От 6 до 16 | Св. 16 До 30 | Св.30 До 60 | |
Углеродистая | 5-4 | 4-2,5 | 2,5-1,6 | 10-6,5 | 6,5 | 6,5-5 |
Легированная | 6,6-5 | 5-3,3 | 3,3 | 7,5-5 | 5 | 5-4 |
Внутренний диаметр резьбы болта считается так:
, где
σр – допускаемое напряжение на растяжение для винта (болта)
, где
σт – предел текучести материала болта (см. табл. 1 для стали 3)
[nт] – коэффициент запаса прочности принимают по табл.2 (я выбрал [nт] = 3 – нагрузка постоянная, предполагаемый диаметр болтов от 16 до 30 мм, сталь углеродистая)
Получилось d1=20,8мм
Таким образом, выбираются болты с резьбой М22 (10 штук), что при таком диаметре корпуса двигателя невозможно.
Как видно из этого расчета соединить крышку только затяжкой болтов
не удастся
(либо надо уменьшать давление, либо увеличивать кол-во болтов, либо менять материал болтов).
Рассмотрим -
В этом варианте, болт установлен в отверстие из под развертки. Эти болты работают на срез, как штифты. Диаметр стержня болта при этом значительно меньше, и его определяют из условия прочности на срез:
, где
[τср] =(0,2…0,3) σт = 0,2*230=46н/мм2 - допускаемое напряжение на срез стержня болта.
σт – предел текучести материала болта принимаем также как и в первом случае он равен 230н/мм2
Из приведенного выше расчета принимаем большую ближайшую резьбу М8.
ВЫВОД: при рабочем давлении в двигаатмосфер необходимо крепить крышку двигателя десятью винтами М8. (впрочем, опять таки, как и в первом варианте, можно уменьшить количество болтов или их диаметр, если выбрать вместо ст. 3 сталь с более высоким пределом текучести σт).
Пользуясь данным расчетом можно пересчитать какие болты необходимо применить при креплении крышки на 8, 6 или к примеру 12 болтов. Или наоборот выяснить какое усилие выдержит один болт (а также пересчитать какие болты необходимо применять, если нагрузка переменная).
