Расчет предварительной нагрузки болтовых соединений | VDI 2230 | Схема болтового соединения | Вст...

В руководстве VDI 2230 в качестве основы для расчета болтовых соединений используется схема болтового соединения. Модель основана на упругом поведении компонентов, при этом болт рассматривается как пружина растяжения, а зажимаемые пластины — как пружины сжатия. При затяжке создается предварительное натяжение, величина которого одинакова для обоих компонентов. Из-за меньшей площади поперечного сечения болт обычно более упругий, чем пластины, и, следовательно, претерпевает большее изменение длины. В схеме болтового соединения применяется закон Гука, что означает, что характеристические кривые пружины представляются в виде прямых линий. Наклон этих линий определяется жесткостью или, точнее, упругостью компонентов. Упругость пропорциональна длине и обратно пропорциональна площади поперечного сечения, а также модулю упругости материала. Если во время работы дополнительная осевая рабочая нагрузка действует как растягивающая сила, усилие в болте увеличивается на величину дополнительной нагрузки, в то время как усилие зажима в зоне контакта уменьшается на величину упругой силы пластины. Сумма дополнительной нагрузки и упругой силы соответствует общей рабочей нагрузке. Отношение этих сил описывается коэффициентом нагрузки φ, который зависит исключительно от упругости задействованных элементов. Важным аспектом является коэффициент приложения нагрузки n. Он описывает, в какой точке длины зажима действует рабочая нагрузка. Чем глубже нагрузка прикладывается к компоненту, тем меньше n, что уменьшает дополнительную нагрузку на болт и увеличивает разгрузку пластины. При проектировании всегда необходимо обеспечивать достаточное остаточное усилие зажима, чтобы предотвратить разделение пластин, проскальзывание под поперечными нагрузками или утечки. Кроме того, необходимо учитывать потери предварительного натяжения из-за встраивания. В этом процессе пики шероховатости на контактных поверхностях подвергаются пластической деформации, что снижает усилие зажима. Термические факторы также играют роль: если коэффициенты теплового расширения болта и детали различаются, изменение температуры приводит к увеличению или уменьшению предварительного натяжения. В болтах с укороченным стержнем используется принцип высокой упругости за счет уменьшения длины стержня. Это обеспечивает более пологую характеристическую кривую на диаграмме болтового соединения, что снижает дополнительную нагрузку на болт при динамических нагрузках и повышает усталостную прочность соединения. Для правильной сборки рассчитанное предварительное натяжение должно, следовательно, компенсировать остаточную затяжную нагрузку, разгрузку пластины, а также потери из-за запрессовки и температуры. 00:00 Основа расчета: Упругое поведение 00:34 Упругое поведение болта 01:23 Упругое поведение пластин 02:00 Удлинение болта и сжатие пластин 03:30 Схема соединения без внешней нагрузки 04:57 Схема соединения с внешней нагрузкой (рабочая сила) 06:26 Разделение пластин 07:30 Остаточная сила зажима при осевой рабочей силе в качестве растягивающей нагрузки 09:37 Остаточная сила сцепления головки болта при осевой рабочей силе в качестве сжимающей нагрузки 10:38 Закон Гука (жесткость и податливость) 12:24 Вывод дополнительной силы болта (коэффициент нагрузки), силы разнатяжения пластины и предварительной нагрузки сборки 14:37 Распорные болты (болты с утолщением) 15:49 Последовательное соединение Податливость 17:23 Расчет податливости (модуль упругости, E-модуль) 18:49 Влияние точки приложения нагрузки на податливость 20:21 Коэффициент приложения нагрузки (вывод) 22:03 Приложение осевой рабочей силы 24:49 Связь между изменением длины и изменением силы 26:36 Вывод коэффициента нагрузки с учетом коэффициента приложения нагрузки 28:54 Коэффициент приложения нагрузки: обсуждение 31:14 Крайний случай: коэффициент приложения нагрузки n=0 32:41 Проектирование болтовых соединений 33:41 Снижение предварительной нагрузки сборки из-за вдавливания (осадки) контактных поверхностей 34:37 Расчет потери предварительной нагрузки из-за вдавливания 36:50 Рекомендованные значения величины вдавливания 38:23 Снижение предварительной нагрузки сборки из-за процессов теплового расширения I 40:53 Снижение предварительной нагрузки сборки из-за теплового расширения Процессы расширения II 43:28 Обсуждение формулы потерь теплового предварительного натяжения 44:42 Потери теплового предварительного натяжения на схеме соединения