Расчет резьбовых соединений на прочность
Прочность является основным критерием работоспособности соединений.
Под действием осевой силы в стержне болтов возникают напряжения растяжения, в теле гайки – сжатия, в витках резьбы – смятия, среза. Все стандартные болты, винты и шпильки с крупным шагом резьбы являются равнопрочными на разрыв стержня по резьбе, на срез резьбы и отрыв головки. Поэтому расчет на прочность резьбового соединения проводят только по одному основному критерию - прочности резьбовой части стержня при растяжении:

 
 – осевая сила, растягивающая болт, Н; 
 – допускаемое напряжение при растяжении, МПа; 
 расчетная площадь поперечного сечения нарезанной части болта, мм2.
Стандартом принята номинальная расчетная площадь 
 поперечного сечения болта

Условный расчетный диаметр болта определяется как:

где 
 – средний диаметр резьбы; 
 – внутренний диаметр резьбы болта по дну впадины.
Следовательно, условие прочности болта

Для проектного расчета болта получим:

Допускаемое напряжение 
 при растяжении при действии на резьбовое соединение постоянной нагрузки определяется:

где 
 – предел текучести материала болта; 
 – коэффициент запаса прочности (безопасности), определяемый при неконтролируемой затяжке по табл.1.4.
Таблица 1.4
Значение коэффициента 
| Сталь | d = 8…16мм | d = 16…30мм | d = 30…60мм | 
| Углеродистая | 5…4 | 4…2,5 | 2,5…1,6 | 
| Легированная | 6…5 | 5…3,3 | 3,3…3,0 | 
Для контролируемой силы затяжки коэффициент безопасности принимают 
 независимо от диаметра резьбы.
Допускаемое напряжение при срезе резьбы болта 
 , где величина предела текучести для болта равна 
 =240МПа(марка стали 20),
 =300 МПа(марка стали 30,35), 
 =480 МПа(марка стали 40,45).
Болт, затянутый силой F0, в момент затягивания испытывает напряжение, как растягивания, так и скручивания от момента сил сопротивления в резьбе.
Принято рассчитывать такие болты только на одно растяжение (с учетом скручивания) по расчетной силе, увеличенной по сравнению с силой растягивающей болт. Для метрических резьб в среднем Fрасч = 1,3Fo, для трапецеидальных резьб Fрасч = 1,25Fo, для упорных и прямоугольных резьб Fрасч = 1,3Fo.
Минимально допустимое значение расчетного диаметра dp резьбы болта определяется из условия прочности:

Из данной зависимости:

Для соединений, нагруженных сдвигающей силой, чаще всего болты ставят в отверстия деталей с зазором 1…2 мм (рис. 28). При затяжке болта на стыке деталей возникают силы трения, которые препятствуют их относительному сдвигу.

Рис.1. 28 – Болтовое соединение, нагруженное сдвигающей силой F
Необходимая сила 
 затяжки болта определяется из выражения:
 
где 
 – сила сдвига (Н); 
 =(1,2…2) – коэффициент запаса по сдвигу; 
 – коэффициент трения (для стальных и чугунных поверхностей 
 (0,15…0,2); 
 – число стыков; 
 – число болтов).
При затяжке болт работает на растяжение и скручивание, поэтому расчетную силу 
 и диаметр 
 болта определяют по выше приведенным формулам.
Болты, установленные в отверстие без зазора и нагруженные поперечной силой, рассчитываются на срез (рис.1.29).

Рис.1.29 – Болтовое соединение, установленное без зазора
Условие прочности болта

где F – внешняя сдвигающая сила (Н);
 – площадь среза, мм2;
d0 -диаметр стержня болта, мм; 
 – число болтов; 
 – число срезов;
 =(0,2…0,3) 
 – допускаемое напряжение при срезе болта, МПа.
Диаметр d0 стержня болта можно определить из уравнения
