November 25th, 2017

"на каждую ... найдется болт с резьбой" (русская народная мудрость)

Мне надо преподавать предмет (Shigley's mechanical engineering design), который состоит примерно вот из таких мантр-заклинаний, только по-английски:

"Методика расчета усилий затяжки болтовых соединений приварных фланцев. Приварные
встык фланцы (рис. 1) имеют конические втулки - шейки. Втулка фланца приваривается стыковымшвом к обечайке и значительно увеличивает прочность фланца."

Typical methods of fastening or joining parts use such devices as bolts, nuts, cap screws, setscrews, rivets, spring retainers, locking devices, pins, keys, welds, and adhesives. Studies in engineering graphics and in metal processes often include instruction on various joining methods, and the curiosity of any person interested in mechanical engineering naturally results in the acquisition of a good background knowledge of fastening methods. Contrary to first impressions, the subject is one of the most interesting in the entire field of mechanical design.

The material of the nut must be selected carefully to match that of the bolt. During tightening, the first thread of the nut tends to take the entire load; but yielding occurs, with some strengthening due to the cold work that takes place, and the load is eventually divided over about three nut threads. For this reason you should never reuse nuts; in fact, it can be dangerous to do so.


Короче, никогда не реюзайте натсы. Чревато.

Joints—Member Stiffness
In the previous section, we determined the stiffness of the fastener in the clamped zone. In this section, we wish to study the stiffnesses of the members in the clamped zone. Both of these stiffnesses must be known in order to learn what happens when the assembled connection is subjected to an external tensile loading.


В прошлой главе мы изучали твердость болтов, а в этой будем изучать члены.

If there is no gasket, the stiffness of the members is rather difficult to obtain, except by experimentation, because the compression region spreads out between the bolt head and the nut and hence the area is not uniform. There are, however, some cases in which this area can be determined.

Вот ведь бред какой. Хотя, наверно, для инженеров это имеет какой-то смысл.

(no subject)

О, по-русски нашел прикольное заклинание:

Расчет болтовых соединений
1. Основные типы крепежных деталей
Для разъемных соединений деталей машин применяют болты (рис. 1.1, а), винты (рис. 1.1, б) и шпильки (рис. 1.1, в). Болтовое соединение самое простое, дешевое и эстетичное. Болты применяют:
а) для скрепления деталей небольшой толщины при наличии места для расположения головки болта и гайки;
б) для соединения деталей из материалов, не обеспечивающих достаточную прочность и долговечность резьбы;
в) при необходимости частых разборок и сборок деталей.
Винты (вместо гаек – резьба в одной из скрепляемых деталей) применяют при
а) достаточной толщине и прочности детали с резьбой;
б) отсутствии места для размещения гаек;
в) высоких требованиях к массе и внешнему виду соединения.
Шпильки применяют в тех же случаях, что и винты, но когда материал соединяемых деталей не обеспечивает достаточной долговечности резьбы при требовании частых разборок и сборок соединения.

Также выпускаются гайки низкие, высокие и особо высокие. Гайки прорезные и корончатые применяют при стопорении разводными шплинтами в условиях вибрации и ударов. Размеры шплинтов по ГОСТ 397-79 см. Для круглых, косых и ряда стопорных шайб по ГОСТ 18123-82 установлены группы материалов и виды покрытия шайб. Например, группа 01 – стали 08, 08кп, 10, 10кп; группа 02 – Ст3, Ст3кп; группа 03 – сталь 15; группа 04 – сталь 20, … группа 11 – сталь 40Х и 30ХГСА и т.д. Обозначение видов покрытий общее для всех крепежных изделий (см. ниже).

Широкое распространение получили шайбы пружинные (рис. А8 приложения А) по ГОСТ 6402-70. Концы шайбы заострены и в свободном состоянии разведены. При затяжке гайки шайба деформируется. При отвинчивании гайки острые кромки шайбы врезаются в торец гайки и плоскость детали и препятствуют отвинчиванию. Недостатками этих шайб являются появление заусенцев на гайке и детали при отвинчивании и некоторое смещение опорной реакции, что создает дополнительное напряжение изгиба в стержне болта. Эти шайбы неприменимы на закаленных поверхностях гайки и детали."


Может быть такие тексты можно использовать для медитации или для введения студентов в транс?

Расчет группового болтового соединения сводится к отысканию нагрузки для наиболее нагруженного болта

3.2.5. Болт с зазором

Сила Fd уравновешивается силами трения на стыках, которые создаются предварительной затяжкой болтов Fзат1. В общем случае нагружения отрывающая сила Fz ослабляет силы трения и требует увеличения Fзат1. Сжимающая сила Fz увеличивает трение на стыке. Влияние отрывающих моментов Мх, Мy не учитывают, так как они не изменяют суммарной силы трения на стыке: происходит компенсация давления на стыке при его повороте относительно осей х и y. Например (рис. 3.5), насколько сила трения увеличится слева от точки О, настолько же она уменьшится справа.

Сила предварительной затяжки из условия отсутствия сдвига:

Fзат1 = K∙Fd / (if) ± (1 – χ)∙Fz / z, (3.6)

где К = 1,25…1,5 – коэффициент запаса сцепления на сдвиг;

i – число плоскостей стыка (i = n – 1, где n – число деталей в соединении. Например, для двух деталей i = 1);

f – коэффициент трения материалов деталей в стыке: для пар сталь–сталь, сталь–чугун без смазки f = 0,15…0,2:

c – коэффициент основной нагрузки болта от осевой силы Fz .

Знак плюс в формуле (3.6), если Fz отрывает стык, знак минус – сжимает стык.

Если, например, i = 1; f = 0,15; K = 1,5, то (без учета влияния Fz) Fзат1 = 1,5 Fd / (1∙0,15) = 10Fd . Отсюда получаются большие диаметры болтов, но этот способ самый простой, технологичный и дешевый.

http://www.detalmach.ru/primer14.htm

Это меня в четверг попросили лекцию подменить. Shear Joints with Eccentric Loading. Но в следующем семестре я этот предмет преподаю, весь курс.

(no subject)

А вот интересно, почему гвозди не относят к fasteners? Чем они хуже болтов, винтов, заклепок и шпилек?

И еще интересно, вот из этой теории болтов получается, что, допустим у вас висит что-то на двух гвоздях (или болтах, не важно), разных диаметров. Нагрузка якобы пропорциональна диаметру болта (механические дизайнеры говорят - площади сечения, но они не имеют в виду сечение болта в смысле пи-эр-квадрат, а толщину детали (member, т.е. "члена", как они говорят) на диаметр. А откуда это следует-то? Если предполагать, что member находится в равномерном напряженно-деформируемом состоянии, с равным везде тензором напряжения, что ли? Но ведь это не так?

Еще непонятно, каким образом я оказался профессором этого предмета, никогда нигде его не изучав.

"Расчет группового болтового соединения сводится к отысканию нагрузки для наиболее нагруженного болта и его расчету на прочность как единичного.
3.1. Нагрузка на соединение
3.1.1. Определяют коородинаты центра масс О (рис.3.1) болтового соединения (на пересечении осей симметрии болтов). Если болты расположены несимметрично, то координаты центра масс находят по правилам теоретической механики.
3.1.2. Число болтов z. Болты нумеруют в любой последовательности (1, 2… z).
3.1.3. Внешнюю нагрузку приводят к центру О и определяют проекции главного вектора сил и главного момента на центральные оси
3.2.2. Нагрузка FТ от сдвигающего момента Т распределяется по болтам пропорционально их расстояниям ρ от центра масс О и направлена перпендикулярно ρ. Из условия равновесия SFТiρi = Т, где i = 1, 2…z – номера болтов, получим
FТi = 103Тρi / (Σρi2)."



Болт и три члена (members). распределение нагрузки, по мнению механических дизайнеров:

"Сила Fz (рис. 3.3) воспринимается стержнем болта. Следовательно, затяжка соединению не требуется.
Стержень болта испытывает напряжения среза:
τ = 4Fd / (iπdc2) ≤ [τ]cp, (3.7)
где i – число плоскостей среза (на рис. 3.3 i = 2);
dc – диаметр гладкой части стержня болта, мм
Допускаемые напряжения среза: [τ]cp = (0,2…0,3)∙σт.
На боковых поверхностях отверстия соединяемых деталей и стержня болта возникают напряжения смятия.
Техническое правило расчета цилиндрических деталей на смятие
Действительные напряжения смятия на поверхности контакта в поперечном сечении болта (рис. 3.4, а) распределены по серповидному закону. Для расчета условно считают напряжения σсм равномерно распределенными (рис. 3.4, б) по плоскости диаметрального сечения. Так же рассчитывают на смятие любые цилиндрические детали: заклепки, оси, пальцы, штифты, подшипники скольжения и т.д."
.


"Пример. На стыке рис. 3.6 число болтов z = 32. Наиболее нагруженным будет болт 25, расположенный от центра масс О на расстояниях xmax и ymax, где силы FМx и FМy обе отрывающие, т.е. складываются. Сила FМx (смотрим вдоль оси y): в формуле (3.9) n = 2, m = 8; FМx = 103Mxy1 / [(2∙8(y12 + y22)].
Сила FМy (смотрим вдоль оси x): в формуле (3.9) n = 4, m = 4; FМy = 103Myx1 / [(2∙4(x12 + x22 + x32 + x42)].
"


А чо, крутая наука.

(no subject)

Известное место из книги Ли Смолина "Проблемы с физикой" (да, я в курсе, что все что пишет Смолин, нужно воспринимать критически), где он пишет о том, что обычные исследователи вызывают равномерно положительные отзывы (скажем, в рекомендательных письмах на теньюр), а вот интересные исследователи получают поляризованные отзывы - резко положительные и резко отрицательные. На практике-то приходится обычно отделять не ремесленников от провидцев, а хороших исследователей от никаких.

Еще мне в этом отрывке нравится история про знаменитого современного физика, которому, чтобы получил предложение работы "пришлось стать ведущим ученым Европы в своей области". Вот эта идея, что чтобы найти работу сначала нужно стать лучшим в мире в своей специальности - очень меня занимает своей парадоксальностью. С одной стороны, работу найти может только лучший в мире. С другой стороны, все работают. Не может же каждый быть лучшим в мире? Этот парадокс, на первый взгляд, абсурдный (у меня тут в ленте некоторые возмущались, мол, какую чушь пишете), думаю, многое может объяснить и о поиcке работы и вообще о многом.

Collapse )

Он это писал, конечно, еще до открытия LIGO гравитационных волн (и именно это он имеет в виду, когда говорит - поправка на дурного переводчика - "Они должны заниматься экспериментальной астрономией гравитационных волн и надеждами (все еще надеждами после многих лет) провести компьютерные расчеты, чтобы предсказать, что должны увидеть указанные эксперименты").

На инженерных факультетах даже этого нет, стараются взять человека с деньгами/грантами или по знакомству, иногда проскакивают случайно оказавшиеся в нужном месте люди. Но, конечно, такое, что ваши идеи никого не интересуют, есть везде. Насколько возможно работать над какими-то собственными проектами и идеями, а не над условно модными темами? Это очень неоднозначный вопрос (он еще и упирается в "а зачем?").