Расчет болтового соединения

Автор статьи: pkmetiz.ru


Для взаимной фиксации металлических изделий, пластин и деталей применяют болтовое соединение. Оно представляет собой разъемный крепеж, достаточно прочный, чтобы выдержать определенные нагрузки на растяжение и срез. Качество крепежа при использовании болтов можно регулировать. Для контроля прочности соединений применяют методику расчета диаметра болта с учетом особенностей соединяемых деталей, заданных величин нагрузки на срез и смятие для метиза и для всего соединения. Корпеть с формулами для получения необходимых цифр не нужно — удобный онлайн-калькулятор для расчета болтового соединения есть на нашем сайте.

Преимущества болтового соединения

Болты быстро заменили сварное соединение в массовом производстве и строительстве, поскольку разъемный крепеж позволяет экономить на покупке метизов и повышает ремонтопригодность конструкций. Есть у болтового соединения и другие плюсы:

  • есть много разных видов болтов, которые отличаются по размеру, материалу изготовления, классу точности, наличию и типу защитного покрытия. Из широкого ассортимента несложно выбрать подходящий тип метизов;
  • чтобы уменьшить металлоемкость соединений, можно использовать болты высокого класса прочности, которые имеют меньший диаметр;
  • благодаря высокопрочным болтам из легированных сталей, проектировщики могут повышать допустимые нагрузки в конструкциях и инженерных сооружениях.

Основной минус болтового соединения заключается в том, что оно состоит из нескольких метизов и нужно выбирать крепеж с учетом расчетных нагрузок на соединение. Если будут допущены ошибки в расчетах, соединение может оказаться недостаточно прочным. Это, в свою очередь, может стать причиной аварии или поломки механизма. Использование калькулятора болтового соединения упрощает работу проектировщика и позволяет точно определить тип крепежа.

Классификация болтовых соединений

Болтовые соединения классифицируют по типу передачи усилия между крепежными деталями и разделяют на две категории:

  • несдвигоустойчивые соединения зажимного типа отличаются тем, что передача нагрузки происходит через болт, без учета сил трения. Не предусмотрены дополнительные элементы, которые контролируют силу затяжки болта;
  • фрикционные соединения обладают сдвигоустойчивостью: усилие сдвига поглощается посредством трения соединяемых пластин. Для расчета многоболтового фрикционного крепежа не учитывают прочность болта на срез. При калькуляции учитывают только силы трения.

Классы точности болтов:

  • класс А — высокая точность исполнения. Минусовой допуск на диаметр стержня болта. Крепеж устойчив к деформации. Метизы класса А стоят сравнительно дорого;
  • класс В — нормальная точность исполнения. Допустимый зазор между диаметром отверстия и диаметром внутреннего стержня болта 1-1,5 мм. Болты класса В очень востребованы в самых разных областях;
  • класс С — низкий уровень точности. Допустимый зазор между диаметром шпильки болта и отверстия — от 2 до 3 мм. Болты монтируют без проведения расчетов соединения: при нагрузке метизы начинают работать в разное время, поэтому расчеты бесполезны.

Классы точности по факту отличаются допусками при производстве метизов. Узнать класс точности определенного типа болтов можно по соответствующему стандарту (ГОСТ, DIN, ISO).

Еще одна важная характеристика болта — класс прочности. По стандарту ГОСТ ISO 898–1–2014, который актуален для российских покупателей, существует 11 классов прочности болтов. Классы прочности обозначаются двумя цифрами через точку, например: 3.6 (допустимо опускать точку в обозначении класса на крепеже). Обозначение класса прочности наносят на верхнюю или боковую поверхность головки с помощью углублений либо выпуклостей. Также применяется циферблатная система маркировки. Первая цифра показывает предел прочности метиза на растяжение, единица измерения 100 МПа. Болт с классом прочности 3.6 имеет предел прочности по растяжению 300 МПа, или 30 кг/мм². Вторая цифра в обозначении класса рассчитывается как частное от деления предела текучести на предел прочности. Величину указывают в десятках процентов, то есть для класса прочности 3.6 оно равно 60%.

Использовать немаркированные болты в болтовых соединениях запрещено (маркировку обычно не наносят на метизы с классом прочности ниже 4.6). Допустимо использовать гайки более высокого класса прочности, чем требует расчет болтового соединения. Когда болт работает только на срез, можно использовать гайку более низкого класса прочности. Класс прочности болта в соединении должен соответствовать требованиям ГОСТа и определяется по стандартным таблицам.

Параметры для расчета болтового соединения

Чтобы рассчитать болтовое соединение при работе на срез, нужно иметь данные по следующим величинам:

  • коэффициент условий работы болта;
  • расчетная площадь сечения шпильки метиза;
  • количество плоскостей среза.

Формула условия прочности болтового соединения на срез:

С ее помощью определяют количество болтов (обозначено литерой n) и диаметр метизов, проверяют соответствует ли прочность болтового соединения проектному значению.

Данные, которые используют для расчета болтового соединения:

  • толщина пакета соединяемых деталей (две или три пластины);
  • марка стали, из которой выполнены пластины;
  • количество болтов, которые задействованы в соединении;
  • класс точности и класс прочности болта;
  • диаметр отверстия для болта;
  • расстояние вдоль усилия от края элемента до центра ближайшего отверстия.

Расчеты выполняют в соответствии с нормативами СНиП II–23–81 и СП 53–102–2004. Для расчетов на растяжение и срез используют разные формулы. Для срезных и фрикционных соединений методики расчетов тоже различаются. В срезных соединениях распределение усилий происходит также, как во фрикционно-срезных. Если речь идет о соединении пластин из тонкого материала, проводят расчет на смятие (в зоне контакта метиза и поверхности соединяемых деталей крепеж может начать разрушаться). В процессе надо вводить множество переменных и использовать сложные формулы, но куда проще воспользоваться онлайн-калькулятором, который есть на нашем сайте.

Рекомендации по проверке болтовых соединений

Допустимый зазор между болтом и отверстием под него зависит от сферы применения крепежного соединения и его типа (фрикционное, срезное, фрикционно-срезное). Разность номинальных диаметров должна быть достаточной, чтобы монтаж конструкции проходил без осложнений. Остаточные перемещения сдвига также влияют на определение диаметра отверстия под метиз.

Болты, конструкция которых предусматривает разные диаметры шпильки на участке без резьбы, допустимо использовать только во фрикционных соединениях. При размещении соединительных болтов устанавливают максимально допустимое расстояние между метизами. При размещении болтов в узловых и угловых зонах соблюдают минимально возможное расстояние.

Точность монтажных отверстий под метизы определяется технологией монтажа крепежных изделий. Допустимое отклонение диаметров отверстий — до 1 мм. Если болтовое соединение не является расчетным, его можно просверлить по наметке.

    Заказать звонок
    Укажите контактные данные - мы свяжемся с вами и ответим на все вопросы.


    * поле обязательно для заполнения
    Введите код
    captcha


      Оставить заявку
      Укажите контактные данные - мы свяжемся с вами и ответим на все вопросы.


      * поле обязательно для заполнения
      Введите код
      captcha


      +

        Ничего не нашли?
        Укажите контактные данные - мы свяжемся с вами и ответим на все вопросы.


        * поле обязательно для заполнения