Всем привет!
Несмотря на довольно вялую реакцию читателей на вторую часть материала я решил таки дописать весь цикл до конца. Раз уж сказал А — говори и Б, благо что осталось всего ничего: посчитать болты, которыми будем собирать раму пресса в кучу.
Прежде чем что то считать давайте определимся с типом крепежа и конструктивом рамы пресса — что именно и чем именно будем собирать то? С самого начала мы договорились, что делаем все по рабоче-крестьянски: детали рамы сверлить будем в лучшем случае на школьном сверлильном станке, а за метизами пойдем в ближайший хозмаг. В формализованном виде это значит, что у нас все соединения будут на болтах с зазором и фиксация деталей от смещения будет обеспечиваться только и исключительно силой трения в соединении.
Открываем второй том нашего любимого Анурьева на стр.805, видим такую картинку:

Там же ниже можем прочитать, что расчет ведется по следующей формуле:
Q = P/f = (pi*d1^2*бр)/4;
где:
Q — требуемая для исключения смещения деталей осевая сила (кгс);
Р — сила, сдвигающая детали друг относительно друга (кгс);
f — коэффициент трения;
d1 — диаметр впадин резьбы болта;
бр — допустимые для материала болта напряжения на растяжение;
Вроде все переменные уже знакомы и описаны за первые две части не один раз? Повторяться лишний раз не буду, лучше остановлюсь на специфике именно практического конструирования.
Во-первых, при расчете крепежа всегда следует давать запас по внешнему воздействию — в нашем случае мы увеличим сдвигающую силу на 30%. Этого вполне достаточно для гарантированной надежности.
Во-вторых, если вопрос экономии веса стоит не на первом месте, то всегда следует выбирать самые неудобные значения коэффициентов, влияющие на конечный результат. В нашем случае это коэффициент трения, который может варьироваться в огромных пределах в зависимости от того, как обработаны сопрягаемые поверхности и чем покрыты.
Считаем, что мы олени и залапали масляными руками стык при сборке — закладываем коэффициент трения 0.15. Это при том, что если собирать все чистыми руками, обезжирить и почистить от окалины хоть ершом, то можно легко выйти на коэффициент трения 0.3. А если отпесочим, то будет все 0.5. Но это все ответственность, культура производства, контроль сборки, а мы в колхозе… Принцип ясен?
Дальше — материал болта. Теоретически подкованный читаттель может воскликнуть — берем Ст.3, смотрим табличку в Анурьеве, берем оттуда напряжения, все как главой ранее!
В принципе, он прав, но в реальной жизни так не делают. В реальной жизни крепеж мы покупаем и из чего он на самом деле сделан одному богу известно. Зато у любого болта на шляпке всегда выбиты некие цифирки, вот эти:

Что это значит? Это маркировка так называемого класса прочности, сейчас мы с ней разберемся.
Нас интересуют две цифры через точку, к примеру как на картинке — 5,8. Так вот, первая цифра это 1/100 от предела прочности материала данного болта, выраженного в МПа. Вторая цифра — это отношение предела текучести к пределу прочности, помноженное на 10.
Нас интересует как раз предел текучести — именно это напряжение показывает нам, на сколько можно нагрузить болт осевой силой до того момента, как он "поплывет".
Применительно к нашему болту класса прочности 5.8:
5*100=500 МПа — предел прочности;
8*5*10=400 МПа — предел текучести;
Тут следует остановиться на специфике применения болтов. Конечно, так и подмывает сэкономить и грузить болт на всю катушку — до предела текучести. Собственно, так и делают иногда, к примеру крепление ГБЦ к блоку часто выполнено именно с выходом на предел текучести крепежа. Но подобное решение связано со строжайшим соблюдением технологии затяжки болтов — нужно обязательно контролировать момент затяжки, чтобы не проспать момент, когда болт начал "плыть". А мы в колхозе, там про динамометрический ключ со шкалой (щелчковый то не годится!) и слыхом не слыхивали даже, все тянут рожковым ключом с метровой трубой… Как быть?
Для такого случая вводится запас на неконтролируемую затяжку крепежа. Для относительно общеупотребительных болтов и средней руки дяди Васи запас обычно берут в диапазоне 2-4.
Вот только теперь, зная и учитывая это все можно приступать к выводу основных исходных данных для расчета.
Начнем со сдвигающей силы. Вообще, правильно это делать путем определения реакции опор, формулы для расчета даны в уже известной вам табличке со схемами нагружения. В нашем случае на каждый угол стойка — балка придется половина от усилия, развиваемого домкратом. Поскольку каждый угол это два стыка, то на каждый стык приходится 1/4 от развиваемого домкратом усилия.
Поскольку мы решили добавить для надежности 30%, то в цифрах все будет так:
Р = (5000*1,3)/4 = 1625кгс;
С коэффициентом трения определились ранее:
f = 0.15;
Предел прочности тела болта на растяжение примем с запасом 2.65:
бт = 400/2,65 = 150МПа;
Вот теперь у нас есть все необходимое для расчета минимального диаметра стержня болта, который выдержит требуемую нагрузку и затяжку даже самым невменяемым дядей Васей. Решаем самую первую формулу вокруг диаметра, получаем:
d1 = SQR(4*P/f*pi*бт);
d1 = SQR(4*1625/0,15*3,14*150*10,197);
d1 = 3,003см;
Повторюсь, это еще не диаметр болта, это диаметр самого тонкого места в стандартном болте! В нашем случае это диаметр дна впадин резьбы. Открываем первый том Анурьева на страничке 582, видим табличку:

Смотрим какой болт подходит нам по диаметру дна впадины резьбы — М36, вот и замечательно!
Вот теперь расчет болтов со всеми возможными запасами и перестраховками окончен и мы можем с уверенностью сказать, что если взять болты М36 основного шага и класса прочности 5.8, то наша конструкция гарантированно не развалится и ее не сможет сломать при сборке не то что дадя Вася с метровым воротком, но даже вместе с дядей Колей и поллитрой им это все равно не удастся :)
А между тем хочу обратить внимание читателей на тот факт, что если взять крепеж класса 8.8, коего в любой лавке навалом, то потребуются болты уже М27, а это сурово мельче и дешевле, чем здоровенные М36.
Ну а дальше — думайте сами, решайте сами, иметь или не иметь! (с)
На этом все, расчет пресса полностью закончен, можно покупать материал и пилить-варить-резать с полной уверенностью, что ничем никого не убьет. Как видите, сопромат применительно к гаражным поделкам — это совсем не сложно! :)


Комментарии 41
Хорошо написано, хоть для людей со средним образованием и не с первого раза всё понятно))). По поводу прочности болтов, есть гост и есть din, разницы в обозначении нет, а в расчётах она просто конская, по din болт 8.8 будет иметь меньшие характеристики чем 5.8 по гост. На самом болту ни хрена не указывают каким образом он расчитан по прочности. Так что есть ещё одна переменная для формулы)).
Это вы откуда взяли?
Сугубо из личного, не однократного опыта, к сопромату это отношения не имеет. Но не раз сталкивался с тем, что маркировка 8.8 по госту, а в документах указан дин и по качеству они пластилин.
Что-то я не верю, что у болтов из магазина класса прочности 8.8 эти цифры соответствуют стандарту… Я как-то в одном магазине покупал крепёж… В одну цену и из одного ящика мне насыпали болтов 8.8 и 6.8 (кажется такой класс) Так вот, тянулись они одинаково, внешний вид у них был одинаковый только циферки разные…
Я как-то встречал старые советские болтики, на которых были цифры что-то порядка 4.8 или 5.8 … И похоже, что вот это было честно… сейчас … 8.8 похоже, что маркетологи постарались…
Вот болтом класса прочности 10.9 в мягкой стали можно отверстие прогнать как напильником — ни хрена ему не будет. И момент на ключе нарастает резко и бзоговорочно, то есть уже хрен дотянешь… А 8.8. из магазина — это тот же пластилин…
А я не раз и не два встречал советские болты, головку которым можно было открутить одной рукой. Хотя это были м8 класса 8.8)) Дерьма хватало всегда, равно как и качественных изделий.
Добрый день! Вопрос: Можно ли заменить болт крепления верхней опоры двигателя (болт размещен горизонтально и работает на срез как понимаю) на болт такого же диаметра и похожей длины, но от головки блока цилиндров (там болт расположен вертикально и работает он на растяжение)? На счет маркировки болтов не знаю конечно же. Если взять что-то усредненное (абстрактная модель))
Можно.
Скажите, я правильно понял ? На срез данное соединение не рассчитівается ? А какой тогда должен быть момент затяжки ?
Не рассчитывается. Момент если очень хочется можно посчитать отдельно, но в том и кайф что рассчитывали на, по сути, любой реализуемый. Читать как "затянуть от души".
Понятно, то есть, типа работают только силы трения между швеллером и стойкой которые создаёт болтовое соединение ? Но вот на практике все покупные прессы (сборные) крашены порошковой оч. "скользкой" краской. Это и есть примерно 0,15 коэфф. трения ?
Мне ещё кажется, что на практике при очередном "мощном" использовании пресса (сборного) швеллер немного "поедет" и прибавится работа болта на срез ? Но по идее это только добавит прочности конструкции ? или нет ?
Если все правильно собрано и обтянуто, то никто никуда не поедет. А если хочется красоты то нужно сразу закладывать болты с неполной резьбой, работающие на срез. Я думал после прочтения всех трех частей это будет очевидно…
Понял, спасибо. Это очевидно, видимо, только для тех кто слушал сопромат)) Помню по своей специальности нужно было только пол года привыкать к понятию "спектр", например, потом уже было как само-собой разумеющееся)
Излагаете толково! Это не единственный, но лучший способ заинтриговать пытливый ум, которого техническое образование не коснулось по тем или иным причинам! Пишу без тени иронии!
Но… Есть одно "НО"!
Нельзя научить — можно только научится!
Поэтому запись и не в топе… А жаль.
Я компилировал все три части этого материала в одну статью и выкладывал ее в сообществе "Гаражный Инструмент": www.drive2.ru/c/1895942/
Можете почитать комменты — народу нафиг не вперлось думать головой :)
Не, не буду тратить время…
И так уверен, что широким массам это не впёрлось. Я не на Луне живу… Вижу широкие массы каждый день
а почему щелчковый не годится?
Болт может потянуть раньше, чем будет достигнут момент срабатывания трещетки.
Такое чувство, что это из разряда твоей ежедневной работы? Ну т.е. именно проектированием и расчётами на основоной работе занимаешься.
Спасибо за труды. Интересно было вспомнить ВТУЗ.
Примерно так это и есть. Не только проектированием конечно, но это — основная моя задача на работе :)
Судя по подходу ко всему (машине, гаражу, хобби) описанному тут на сайте — ты далеко пойдёшь! :-)
Такой вопрос — а количество болтов для крепежа влияет на их диаметр? Нельзя ли без ущерба прочности конструкции вместо, например, двух болтов М27 взять четыре, но М16?
Ну естественно влияет. Через коэффициент трения ты посчитал требуемую силу прижима одной железки к другой, а уж сколькими болтами и болтами ли ты ее обеспечишь — дело твое.
Здорово!Всё разжевали дальше некуда:)Однозначно пригодится.
Пользуйтесь наздоровье :)
Илюх, а можно ли вот эти все расчеты как-то автоматизировать? Я вместо института в армии служил, но тема расчета конструкций мне интересна, особенно после кантователя.
Может программы какие бывают для ПК? Я действительно не в теме.
Что касается конкретного расчета для пресса — пользовался я на днях покупным у приятеля. Перепрессовывал шаровые и сайлентблоки в трешкиных рычагах. При наличии домкрата на 12 тонн, сделан он был из швеллера 8П весь, а опорные стержни были достаточно тонкими. Максимум 20мм. Болты не помню, но точно не М27, и даже не М20. При нагрузке конструкция скрипела и перекашивалась…
Почти все пакеты для механиков это умеют, Инвентор, Солид Воркс. Вроде даже наш Компас научили, но я не в курсе. Я против расчета на ПК без понимания механизма этого самого расчета. Одно дело когда это сделает профи, чтобы сэкономить время и покрутить варианты конструктива, и совсем другое когда это делает не понимающий сути вещей новичек.
Недавно в сообществе Гаражного Инструмента был пост от такого специалиста, который якобы год потратил на "разработку" крана гаражного, моторы вытаскивать. Все разработка заключалась в кривой 3Д-модели без сопромата, расчеты предполагалось возложить на программный комплекс. При этома сама конструкция, даже при беглом взгляде была из области "мама роди меня обратно", настолько все криво и бестолково было сделано.
Так что ПК это конечно хорошо, но не освобождает от необходимости понимать, что же ты делаешь и как это работает.
Пресс Джонсвеевский я вчера разглядывал на дружественном сервисе — там все болты работают на срез, потому и тоньше. А опорные стержни подкаленые, я их напильником пошкрябал — поэтому тоже потоньше. В своей расчете я принципиально делал упор на то, что строить будем из самого говна, какое только можно найти — Сталь 3. Ну и болты у меня работают иначе, потому и толще — в академическом плане это правильнее, читатель большему научится.
В закладки. Такие записи нужны всегда.
Это все хорошо, но в реальном колхозе кроме дядьвасей с дядьколями бывают дядьолеги которые оснащены не метровым воротком с полллитрой, а пытливым умом и двухметровым ломом и упорством, да таким что обламывают шрусы при затягивании гайки.
отсюда вопрос — как оценить допустимый момент затяжки:
— не зная материал (точнее понимая что в руках скорее сталь, чем латунь)
— не имея таблицы на конкретный / аналогичный узел
можно лишь померить диаметр болта, да шаг резьбы
Олег, если гайка или винт не какие то узкоспециальные вроде того же ШРУС-а, то обычно момент затяжки соответствует "среднему по больнице", который вывели умные дядьки и свели в соответствующую табличку. Саму табличку ищи, например, в ОСТ 37.001.050-73.
Ну а против лома нет приема — если у человека стоит цель поломать, то какой бы крепеж не ставили, все равно поломает.
За табличку спасибо)
прочитав статью пристыдился, заказал динамометрический ключ, а то резьбу срываю, то колеса убежать пытаются находу ;)
Добавил всё в закладки, полезная инфа, рано или поздно пригодится. Спасибо.
Пожалуйста.
А ведь есть еще 10.9 и 12.1
Безусловно! Но их обычно в строймагах не дают. Хотя кто ищет — тот найдет :)
У меня прям под боком магазин такого крепежа. Мой любимый магазин)))
У меня тоже есть магазинчик с автомобильным крепежом недалеко, там можно всякой экзотики подзакупить. Но цель то была проиллюстрировать сам принцип расчета, а дальше человек думающий пойдет своей дорогой :)
Очередная порция для мозгов ))
Все, больше не будет :)
Мы еще расчеты на срез делали забыл уже все совсем ))
Вчера же был расчет на срез для опорных стержней?
упс не внимателен