Болт

Болт

БОЛТ, цилиндрический стержень, имеющий на одном конце головку, а на другом винтовую нарезку, на которую навинчивается гайка (фиг. 1), и служащий для соединения отдельных предметов между собой. Материал болта и гайки - железо, мягкая сталь, в особых случаях (влажность) - медь и бронза. Нормальная форма гайки - шестигранная призма со срезанными по шару или конусу вершинами углов для предохранения от порчи и для удобства при сборке и разборке. У головки углы на основании, обращенном к стержню, не срезаются. При нормальных условиях болт работает только на растяжение. Если при постановке болта до приложения внешней заданной нагрузки подвергается предварительной затяжке гайкой, то такое соединение называется напряженным.

Болты

Определение размеров диаметра болта при ненапряженном соединении производится по формуле

Определение размеров диаметра болта при ненапряженном соединении производится по формуле

где d1 – внутренний диаметр нарезки болта в см, Р - заданная нагрузка в кг и k- допустимое напряжение растяжения в кг/см2. Величина k выбирается в зависимости от материала, способа изготовления резьбы и условий работы. Например, для болтов сварочного железа хорошего качества, при нарезке, изготовленной на токарном станке, и изменении силы Р от 0 до максимума, k = 600 кг/см2; для железа среднего качества, при прочих равных условиях, k = 480 кг/см2; для стали соответственно k= 800 кг/см2 и k= 640 кг/см2. В напряженном соединении, при затяжке болта, получается растяжение и скручивание, вызываемое завинчиванием гайки ключом. Напряжение растяжения при этом может достигать значительной величины; например, при нормальной длине ключа l= 12 d (где d - наружный диаметр нарезки), при d равном приблизительно 2 см, рабочий, при усилии в 20 кг, может вызвать напряжение до 600 кг/см2. Этим объясняется то, что в машиностроении в ответственных местах болты меньше 2 см диаметра не употребляются. Скручивание при затяжке повышает продольное растяжение на 25—30%; поэтому болты, подвергающиеся затяжке, рассчитываются с допустимым напряжением, меньшим нормального на 25—30%. Если предусмотреть возможность подтягивания болтов под нагрузкой (например, во фланцевых соединениях труб и т. п.), то приходится допускать дальнейшее уменьшение допустимого напряжения примерно на 25—30%, так что расчетное уравнение для такого случая выразится так:

bolt 3

По найденному диаметру d1 подбираем в таблице болтов ближайший больший и по нему находим величину наружного диаметра d и все остальные размеры болта.

Нормальные размеры головки и гайки проверяются на основании условий равной прочности болта во всех частях. Например, высота гайки Н проверяется из уравнения прочности нарезок на смятие и болта на разрыв:

Высота гайки Н проверяется из уравнения прочности нарезок на смятие и болта на разрыв

Если в среднем высота хода s = 0,1d, число нарезок n = 10, d = 1,2d1, напряжение смятия q= 100 кг/см2, напряжение растяжения k = 480 кг/см2, то H ≈ d. Диаметр круга, вписанного в шестиугольник (отверстие ключа), D = 1,4d + 0,5 см - проверяется по условию смятия на опорной поверхности гайки, причем q≈ 200 кг/см2. Эти соотношения приняты для железа и стали; для более слабых материалов они изменяются, например, для бронзовой гайки и железного болта высота гайки H = 1,5d.

Разновидности болтов

На фиг. 2—7 показаны разновидности болтов: на фиг. 2а - болт с квадратной головкой (т. н. «черный» болт), на фиг. 2б - болт с шаровидной головкой; здесь требуется наличие «уса» с для предотвращения проворачивания болта при завинчивании гайки; на фиг. 3 - шпилька, где отсутствует нормальная головка; на фиг. 4 - глухарь (винт), где гайку заменяет одна из соединительных частей; если эта часть чугунная, то длина нарезки в ней l берется от 2 до 3d; на фиг. 5 - установочный распорный болт, служащий для укрепления деталей на определенном расстоянии а; на фиг. 6 - откидной болт с кольцевой головкой; на фиг. 7 - болт с эксцентрической головкой.

Разновидности болтов

Особенное внимание при расчете надо обращать на те конструкции, в которых возможно эксцентрическое приложение силы. Эксцентриситет вызывает в болте изгиб, вследствие чего повышается результирующее напряжение.

Эксцентриситет вызывает в болте изгиб, вследствие чего повышается результирующее напряжение

Если расстояние от оси болта до точки приложения силы будет а (фиг. 7), сила, нагружающая болт, - Р, то изгибающий момент будет равен Р∙а, а напряжение изгиба bolt 8 где W – момент сопротивления; результирующее напряжение kr = k+ kb; таких конструкций лучше избегать, рекомендуется конструкция фиг. 8. В Германии с 1898 г. употребление закладных болтов с эксцентрической крючковидной головкой по закону безусловно воспрещается. При сборке под гайку обычно подкладывают шайбу или бляшку; ее назначение - предохранять гайку от задирания при посадке на необработанную металлическую поверхность.

Нормальная шайба делается из железа и имеет размеры: диаметр D0 =1,3 D, толщина δ = 0,1 D (фиг. 1). Если гайка садится на поверхность, наклонную к оси болта, то под нее кладут «косую» шайбу, чтобы избежать эксцентрической нагрузки (фиг. 9).

Если гайка садится на поверхность, наклонную к оси болта, то под нее кладут «косую» шайбу, чтобы избежать эксцентрической нагрузки

Для передачи давления от гайки на дерево, камень или кирпич шайба получает большие размеры и отливается из чугуна. Размеры ее определяются из условия смятия дерева, кирпича или камня. Такая шайба называется анкерной плитой. Иногда болт подвергается срезанию (фиг. 10). Расчетное уравнение:

Иногда болт подвергается срезанию. Расчетное уравнение

где k - допустимое напряжение на срез; если еще, кроме того, необходима затяжка, то проверяют на результирующее напряжение от среза и растяжения по сложному сопротивлению. По возможности избегают нагружать болт срезающей силой; один из способов - установка разгрузочных колец (фиг. 11). Нормальной формой винтовой нарезки является равнобедренный треугольник. В нарезке различают размеры: высоту хода (шаг) s и глубину нарезки t. Шаг нарезки (подъем за 1 ход)

bolt 11

где α - угол подъема винтовой нитки; глубина нарезки

bolt 12

Форма треугольника, его углы, очертание впадины и отношение диаметров различны в зависимости от системы нарезки. В СССР наиболее распространены система Витворта и международная метрическая. Система Витворта имеется для болтов от 1/4'' до 6'' наружного диаметра. Переход с дюймов на метрические меры неудобен, что является недостатком этой системы. Форма нарезки (фиг. 12) - равнобедренный треугольник с углом при вершине 2β = 55°.

Форма нарезки

Последний закругляется на величину 1/6 h (высоты от вершины), впадина также закругляется на 1/6 h от основания. Высота треугольника h = 0,96 s. При закруглении вершины требуется фасонный резец, что опять является недостатком этой системы; впрочем, есть нарезка Витворта и с плоскосрезанными выступами. Систему Витворта у нас предполагается заменить международной метрической (обозначение S. I.). Форма нарезки - равносторонний треугольник с углом при вершине в 60°. Таблица составлена для болтов от 6 до 80 мм внешнего диаметра. Выступающий угол срезан по прямой на 1/8 h (высоты от вершины), а впадина закруглена на 1/16 h; h = 0,866 s. Метрическая резьба принята Техническим комитетом при НКПС 26 февр. 1921 г. под № 1 (Российские нормы путей сообщения). Другие формы нарезок: квадратная, трапецеидальная, круглая, встречаются в болтах редко и находят применение в ходовых и грузовых винтах.

Стандартизация болтов. В СССР стандарты болтов установлены с резьбой Витворта и с резьбой метрической. Крайним сроком введения резьбы Витворта объявлено 1 января 1929 г., а стандарты болтов с метрической резьбой утверждены лишь в качестве рекомендуемых - с тем, чтобы постепенно подготовиться к введению, в качестве единого, стандарта болтов с метрической резьбой.

Стандарты устанавливают четыре типа головок болтов для металла (фиг. 13) - шестигранные, квадратные, полукруглые с усом и потайные с усом - и два для дерева (фиг. 14) - полукруглые с усом и полукруглые с квадратным подголовком.

Стандарты устанавливают четыре типа головок болтов для металла и два для дерева

Стандарт устанавливает размеры головки и длину нарезки болта, в зависимости от диаметра его, и общую длину - независимо от диаметра. Дюймовые сортаменты болтов с шестигранной и квадратной головкой установлены для диаметров от 1/4 до 2"; метрические - от 6 до 48 мм. Размеры длины болтов с шестигранными и квадратным головками укладываются в ряд с пределами 15 и 300 мм, причем от 15 до 80 мм даны интервалы в 5 мм, от 80 до 160 мм - 10 мм, а далее - 20 мм. Для диаметров в 1 3/4" и 2", 42 мм и 48 мм, не относящихся к наиболее ходовым рыночным сортаментам, длины не стандартизованы. Сортаменты всех прочих стандартизованных болтов предусматривают градации диаметров от 1/4 до 1" и от 6 мм до 27 мм, длины же болтов идут от 25 мм до 200 мм с указанными выше интервалами. Чтобы обеспечить возможность наиболее широкого использования уплотненного по длинам сортамента, длины нарезанной части болтов даны переменными и построены с таким расчетом, чтобы избежать разрыва в стяжках.

Дальнейшие работы по стандартизации болтов предусматривают разработку сортаментов чистых   болтовых изделий, установление в стандартах величины сбега резьбы, дополнительное предложение проекта стандарта болтов для металла с полукруглой головкой и квадратным подголовком и установление технических условий на приемку болтов. Одновременно с утверждением стандартов черных болтов утверждены также общесоюзные стандарты черных гаек, шайб и шплинтов.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 - 1928 г.