Файл: Чесноков, А. С. Сдвигоустойчивые соединения на высокопрочных болтах.pdf

Рис. 35. Гидравлическая мессдоза

в о

5ат*____

£120

110

ІСТМ

давления воздуха и времени -работы гайковерта. Из графика видно, что при одном и том же времени работы гайковерта ве­ личина крутящего момента, развиваемаго гайковертом, сущест­ венно зависит от давления воздуха; можно считать, что увеличе­ ние крутящего момента находится в прямой зависимости от дав­ ления воздуха, чего нельзя сказать о времени работы гайковер­ та. В первые 5 с ра'боты гайковерта величина крутящего момен­ та достигает примерно 80% -наибольшего значения. Затем при­ рост величины крутящего момента резко -снижается. Так, через 10 с с начала -работы гайковерта крутящий момент достигает

примерно 90% наибольшего значения, а через 15 с — 95%. Таким образом, через 15 с ударно-импульсной работы гайко­

верта при давлении воздуха 5 кгс/см2 гайковерт разовьет крутя­

щий момент, величина которого будет достаточна для постанов­

8 0

ки высокопрочных болтов М24 из стали 40Х с осевым усилием 25 тс при коэффициенте закручивания 0,17—0,19.

Эти испытания показали, что можно ставить болты по време­ ни работы гайковерта, однако точность этого способа невелика, ибо величина крутящего момента, развиваемая ключом, зависит от давления воздуха в сети, поэтому необходимо достаточно ча­ сто, непосредственно на рабочем месте, производить контроль­ ную проверку времени постановки болтов, как это рекомендует делать американская фирма «Бетлхем Стил Компани» при обя­ зательном сохранении рабочей длины шланга. Соблюдать требо­ вание необходимо, так как изменение диаметра или длины шлан­ га влияет на изменение давления воздуха в двигателе гайковер­ та. Контрольная проверка времени на рабочем месте должна производиться на болтах, диаметр и длина которых соответству­ ют тем, которые используются в конструкциях.

По 'мнению фирмы «Бетлхем Стил Компани», рабочий ,в ито­ ге длительной работы приобретает опыт и улавливает по ощуще­ нию работы гайковерта момент окончательного затягивания гай­ ки. Такой способ затяжки болтов близок к способу постановки по времени работы гайковерта и дополняет его, однако он не может быть рекомендован к применению из-за того, что базиру­ ется на субъективных ощущениях рабочего.

За рубежом созданы пневматические гайковерты, работаю­ щие при любом давлении воздуха и автоматически выключаю­ щиеся после достижения заданного крутящего момента. Для этого гайковерты снабжают либо специальными муфтами сцеп­ ления, регулируемыми на заданный крутящий момент, либо дру­ гими устройствами. Муфты устанавливают между гайковертом и гайкой болта. Это дополнительное устройство увеличивает мас­ су гайковерта и длину его, вызывает излишний расход воздуха, а также затрудняет применение гайковертов в стесненных местах. За рубежом разработана конструкция гайковерта с встроенным контролирующим устройством, отключающим подачу воздуха при достижении крутящего момента требуемой величины. На­ страивают такие гайковерты с помощью тарированных гидрав­ лических приборов, дающих показания возникающего в болте осевого усилия.

Применение автоматически отключающихся пневматических гайковертов существенно упрощает постановку болтов и повыша­ ет ее качество, но не разрешает проблемы постановки болтов в узлах, где применяются болты разных длин и диаметров.

Способ контроля за величиной крутящего момента, развивае­ мого гайковертом во время постановки болтов с помощью тор-

верен у нас в лабораторных условиях и на монтаже.

Величина крутящего момента, передаваемая торсионом, зави­ сит от его сопротивления на кручение. Так, по данным Днепро­

81

петровского филиала ЦНИИПСК, при диаметре рабочей (сред­ ней) части торсиона 20 м м гасится до 30% крутящего момента, а при диаметре торсиона 32 м м передается почти весь .крутящий

момент, развиваемый гайковертом.

Испытания на монтаже по ограничению крутящего момента с помощью торсионов при затяжке 180 болтов показали, что точ­ ность этого способа невысока и находится в среднем в пределах ±15% - Учитывая, что изготовление торсионов достаточно слож­ но и что они не гарантируют требуемую точность затяжки, при­ менять их не следует.

Натяжение высокопрочных болтов по углу поворота гайки

Способ постановки болтов по углу поворота гайки не зависит ни от сил трения торцевой поверхности гайки о шайбу, ни от ин­ дивидуальных особенностей изготовления самого резьбового соединения.

Сущность этого способа состоит в том, что, стягивая болтом предварительно плотно сжатый пакет, гайка, перемещаясь по резьбе болта, .растягивает его, в результате чего в стержне болта появляется осевое усилие, пропорциональное углу, на который была повернута гайка.

Представим себе, что в сплошной стальной детали толщиной

/ есть отверстие, в которое вставлен высокопрочный болт диа­ метром do.

Если бы стальная деталь была абсолютно несжимаема, то при повороте гайки, а следовательно при ее перемещении по оси болта на величину А/, можно считать (с некоторым допущени­ ем), что стержень болта растянулся бы на ту же величину и в нем возникло бы усилие

82

где Fб — 'площадь сечения болта, см\ I — толщина стальной де­ тали, см\ Е —-модуль упругости стали болта, кгс/см2.

При шаге резьбы болта, равном s см за каждый оборот гай­ ки, гайка переместится .по оси стержня болта на s см.

Если надо -переместить гайку по оси болта на '.величину ДI см,

то для этого гайка должна быть повернута от исходного положе­ ния на угол уь За исходное положение принимается плотное при­ легание гайки к детали, когда в стержне болта есть незначитель­

Если бы стягиваемый пакет состоял из одного куска несжимае­ мого материала, то необходимый угол поворота гайки для полу­ чения в болте требуемого усилия Р мог бы быть определен по

уравнению (17). Однако воспользоваться этим уравнением для расчета величины угла поворота гайки нельзя, так как большая доля перемещения гайки по стержню болта затрачивается на сжатие металла деталей и уплотнение зазоров между ними, на обмятие нарезки болта и гайки, а также на смятие неровностей опорных поверхностей гайки и головки болта.

Упорное удлинение болта может начаться только после того, как детали пакета будут плотно прижаты друг к другу и смя­ тие между деталями пакета и обжатие нарезки болта и гайки прекратится.

Если обозначить упругое удлинение болта через Я.і, упругое сжатие металла деталей пакета через ко, уплотнение зазоров между шайбами и деталями пакета через кг и уплотнение зазо­

ров между деталями пакета через ta, то

Величины и кг с некоторым приближением поддаются -рас­ чету, что же касается определения величин кг и А.4, то эта задача

достаточно трудна и неопределенна, так как размер зазоров между деталями зависит от чрезвычайно многих факторов, учесть которые очень трудно.

83

В табл. 18 для примера приведены рассчитанные по уравне­ нию (17) углы поворота гайки болтов М‘24, обеспечивающие при несжимаемом пакете возникновение в стержне болта осевого усилия, равного Р =і25 тс три различных толщинах стягиваемой

несжимаемой детали из оплошного куска стали.

ТАБЛИЦА 18

Величины углов поворота гайки болта М24 для получения в стержне болта осевого усилия Р = 25 тс

(несжимаемая деталь)

Так как практически нет несжимаемых деталей, то иод влия­ нием оилы Р деталь сжимается на величину А/д, равную пути,

проходимому при этом гайкой и определяемому уравнением

где F«— площадь сжимаемой части детали, которая с некото­ рым упрощением может быть принята равной площади цилинд­ ра, внешний диаметр которого dRравен размеру болта под ключ, за вычетом .площади отверстия d0. Согласно 'ГОСТ 7798—70* размер под ключ головки болта приблизительно равен 1 Д> d^, а диаметр болтового отверстия с/0= 1 Д ^б, где <2б.— номинальный

диаметр болта.

Таким образом, площадь детали, выраженная через с/б,

Величина перемещения гайки вдоль оои болта Д/д при сжатии пакета под влиянием силы Р, выраженная через угол поворота гайки У2, определяется по уравнениям:

Подставляя в уравнение (22) значение Д/д из уравнения (19), получим

■ы

Каждый высокопрочный болт снабжается двумя термообра- ‘ботанными шайбами, одна шайба ставится под головку болта, а другая — под гайку.

Исследованиями установлено, что зазоры между шайбами и деталями, а также смятие неровностей «а торцах головки болта ■и гайки уплотняются пропорционально величине прикладываемо­ го сжимающего усилия и пропорционально углу поворота гайки.

При осевом усилии в болте, равном 30 тс, суммарная величи­

на уплотнения одного зазора на основании замеров может быть

•принята равной тяз 0,006 см. Так как уплотнение зазора зависит

от величины развиваемого болтом -сжимающего усилия, то пе­ ремещение гайки по оси болта для уничтожения зазора под од­

где Р — осевое усилие в болте принимается в /сас.

Так как на один болт ставят две шайбы, то величина двух за­

Вследствие того что перемещение гайки .по оси болта пропор­ ционально углу поворота гайки, для перемещения гайки по оси болта при уплотнении двух зазоров под шайбами

уз = 0,0000004 Р

360

и

s

Собранный пакет конструкций всегда состоит из нескольких деталей (рис. 38), между которыми неизбежны зазоры, а вели­ чина их зависит от качества сборки, качества правки деталей и ряда других причин.

Естественно, для того чтобы собранное соединение работало как монолитное — сдвигоустойчиное, зазоров между деталями в районе сжимающего действия болтов, т. е. в пределах контакт­ ных участков под шайбами, не должно быть, в результате боль­ шее количество шероховатостей на поверхностях сопрягаемых деталей войдет в зацепление и упрочнит соединения.

Следовательно, плотной стяжкой пакета необходимо ликви­ дировать зазоры между деталями и произвести взаимное внед­ рение и зацепление неровностей соединяемых деталей.

85