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/мм^2
Ст.3	230
А12	240
20	245
Ст.4	260
25	275
35	314
35Х	785

* Данные взяты из справочника Куклин Н.Г. «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 - Вариант А.

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.

V_расч=1,3V=26кН

Значения требуемого коэффициента запаса прочности [n_т]

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

σ_р – допускаемое напряжение на растяжение для винта (болта)

, где

σ_т – предел текучести материала болта (см. табл. 1 для стали 3)

[n_т] – коэффициент запаса прочности принимают по табл.2 (я выбрал [n_т] = 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 - Вариант Б.

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

[τ_ср] =(0,2…0,3) σ_т = 0,2*230=46н/мм² - допускаемое напряжение на срез стержня болта.

σ_т – предел текучести материала болта принимаем также как и в первом случае он равен 230н/мм²

Из приведенного выше расчета ( с некоторым «натягом»;) )принимаем большую ближайшую резьбу М8.

ВЫВОД: при рабочем давлении в двигателе 100атмосфер 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 σ_т).

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).