Для крепления конструкционных пластмасс применя­ют стандартные болты из углеродистой стали, а для тяжело нагруженных соединений композиционных по­лимерных материалов— болты из легированной стали (например, марки ЗОХГСА).

Для повышения коррозионной устойчивости стальной крепеж1 иногда покрывают кадмием, цинком, никелем или хромом.

-Титановые сплавы благодаря их нивкой плотности (на 40% меньшей, чем у стали), высокой прочности на •срез, а также коррозионной стойкости к агрессивным средам широко используют для изготовления крепежа, применяемого в летательных аппаратах. В баллистиче­ских ракетах и космических аппаратах применяют бе­рилл иевый крепеж.

Для облегчения конструкций применяют полые бол­ты диаметром 6~—50 мм, у которых при той же массе, что и у монолитных болтов, площадь, работающая на смятие, больше.

Описано также применение металлических болтов с пластмассовой головкой, изготавливаемой литьем под давлением. Перспективно применение крепежа, изго­товленного целиком из пластмасс [2, с. 280]. К его пре­имуществам перед металлическим крепежом относится отсутствие требований к специальной обработке или защите против коррозии, хорошие тепло - и электроизо­ляционные характеристики, небольшая масса, что поз­воляет использовать его в производстве летательных аппаратов и средств транспорта.

Крепежные элементы из пластмассы во многих слу­чаях прозрачны в диапазоне радиочастот н поэтому мо­гут быть применены в оборудовании обнаружения ле­тательных аппаратов.

Большинство крепежных элементов из пластмасс можно окрашивать в любой цвет, что удобно для коди­рования зл ектроиных цепей.

Крепежные элементы можно изготовлять из термо­пластов и реактопластові

Крепежные элементы из термопластов. Крепежные элементы из полиамидов самоконт. рятся. Они стойки к действию слабых кислот, масел, жиров и многих рас­творителей. Их применяют в качестве соединительных элементов технологического оборудования в пищевой и химической промышленности. . Полиамидные винты и гайки больших размеров несколько дороже стальных или. латунных, но дешевле крепежа из нержавеющей стали. Мелкий крепеж из полиамидов дешевле крепежа, изготовленного из лнЗбых металлов.

Из поливинилхлорида изготовляют болты, эксплуа­тирующиеся на открытом воздухе и В контакте с ми­неральными кислотами,

Политетрафторэтилен применяют для получения кре­пежа, используемого в различных конструкциях специ­ального назначения. Для него характерны высокая хи­мическая стойкость и термостойкость (473 К), но низ­кая прочность при растяжении. При необходимости обеспечить большую жесткость и сопротивление, ползу­чести крепежные элементы следует изготовлять из по­лиформальдегида или поликарбоната.

Крепежные элементы из полиэтилена имеют низкую. стоимость, они характеризуются хорошими электроизо­ляционными свойствами и высокой эластичностью, Они удобны в обращении при эксплуатации на холоду (на­пример, при сборке палаток и домиков из полиэфирных стеклопластиков).

Крепежные элементы из реактопластов. Соединения с помощью болтов из реактопластов с волокнистым на­полнителем [66] обладают большей прочностью, чем соединения с использованием болтов из термопластов.

При работе болтов на растяжение. максимальная прочность достигается, если армирующий материал кре­пежного элемента ориентирован в направлении нагру­жения. В условиях сложно-напряженного состояния бо­лее эффективно применять армирующие материалы с явно выраженной анизотропией свойств (например, руб­ленную стеклянную ткань) ■ или комбинированные ма­териалы (ровничную ткань со стеклом атом в отноше­нии 6:4).

Прочность гаек из стеклопластика максимальна, ес­ли армирующие волокна в них расположены перпенди­кулярно оси резьбы.

При сопоставлении болтов с резьбами различных типов было установлено, что предпочтение следует от­давать крепежным элементам со стандартной резьбой.

Из полимерных материалов, в том числе армирован­ных волокнистыми наполнителями, можно изготовлять и прокладочные шайбы.

Иопользованне выпуклых шайб типа тарельчатых пружин из стеклопластика способствует снятию пиков напряжений в болтовых соединениях и обеспечивает по­стоянство заданного усилия предварительной затяжки. Такие пружины «з стеклопластиков сохраняют свои упругие свойства после теплового старения под нагруз­кой [66].

Детали из пластмасс соединяют с помощью болтов аналогично соединению деталей заклепками [внахлест­ку, встык с одной или двумя стыковочными пластинами, внакладку (см. рис. III.4)]., Кроме того, болтовые со­единения применяют во 'фланцевых узлах. Болтовое со­единение Листовых материалов рассчитывают подобно' заклепочным 'соединениям.

Для обеспечения равномерного распределения экс­плуатационных нагрузок необходимо, чтобы отношение диаметра болта d к толщине б листа пластмассы, было не менее единицы [46].

Ниже приведены значения d/б для двухсрезного бол­тового соединения при различных направлениях нагру­жения:

Стеклотекстолит с параллельной структурой ук­ладки наполнителя при нагружении

вдоль основы или вдоль утка................................... 0,8

под углом 0,785 рад к оснОве. . . : , 1,0

Стеклотекстолит с пар а л дельно-диагона ль ной

структурой укладки наполнителя при любом угле нагружения 1,0

Диаметр болта можно выбирать, исходя из условия равншрочности при срезе стержня болта и разрыве пластмассы:

(t — d) 8

Отсюда диаметр болта находится из следующего со­отношения:

2ffp

зиср К

Если исходить из равной вероятности среза стержня болта и смятия пластмассы, то

2nd2

4

2gCM g

лтср

где Тср — разрушающее напряжение при срезе материала болта; ргр и Оо и — разрушающие напряжения пластмассы соответственно при растяжении и смятии; К — эффективный коэффициент концентрации.

напряжений при разрушении пластмассы в болтовом соединении по ослабленному сечению; X—d/t — относительный шаг болтов в'ряду.

Учитывая влияние диаметра болта на прочность со­единения (см. стр. 68), необходимо выбирать мини­мально возможное значение d. Чем меньше диаметр болта, тем больше крепёжных элементов, а следова­тельно, тем больше объем материала, воспринимающе­го напряжение.

При использовании крепежных элементов диаметром 1 мм относительная прочность шва составляет 0,9, а долговечность при вибрационных нагрузках увеличива­ется в. 18 раз [68]. .

Одновременно с выбором диаметра болта определя­ют диаметр отверстия под крепеж. Зазор между стерж­нем болта и стенкой отверстия зависит от номиналь­ного диаметра болта; он не должен превышать (0,015—0,02) к. Болты не рекомендуется устанавливать в. отверстия с натягом. Оптимальной посадкой являет­ся Аъ! Съ-

Шаг £ болтов и расстояние ti до края детали при креплении полимерных композиционных материалов вы­бирают с учетом типа наполнителя и направления его ориентации в материале [46, 54], от которых зависит чувствительность последнего к концентрации напряже­ний и разрушающее напряжение при смятии. Материал на основе стеклянного мата из-за беспорядочного рас­положения волокон чувствителен к надрезам н смятию при действии нагрузки в любом направлении. При этом болтовое соединение хорошо работает, если £i^4,5d’ и £15=3,5 d.

Материал на основе тканого наполнителя имеет по­вышенную прочность на смятие. Для того, чтобы разру­шение шва происходило ПО' основному материалу со­единения, рекомендуется в этом случае принимать ti, равным Zd, £^(2,5—3,0) d.

Крепежные элементы следует 'по-возможности. рас­полагать в несколько рядов. Многорядные швы с та­ким же числом крепежных элементов, что и одноряд­ные, оказываются более прочными. При этом желатель­но шаг между болтами во внешних рядах брать боль­шим, чем в среднем ряду [54]. При односрезном соеди­нении стеклопластиков расстояние между, рядами hP3 а при двухсрезном соединении t^2d.

Зависимость разрушаю­щего напряжения при ‘смя­тии асм болтового соедине­ния деталей из карбоплас - тика от U (для материалов с ориентацией волокон 0 рад;' ±;0,785 рад и 0±0,785 рад по отношению к направлению нагрузки при относительном увеличении диаметра отверстия в ре­зультате смятия 0,5%) име­ет максимум при. fi«3,2d; 3,0 d и 2,2 d [69]. Для со­единений деталей из карбо - пластика на основе волокна ВМН-3 и связующего ЭДТ-10 оптимальным явля­ется значение t, равное (2,5—3)d, незначительно изменяющееся при изменении структуры материала вокруг отверстия [70][2].

Значение <тсм возрастает с увеличением диаметра болта. и зависит от ориентации волокон в карболла - стике.

Для карбопластика с ориентацией волокон ±0,785 рад оптимальное значение параметра if состав­ляет 3,5 d.

При - соединении ^болтами деталей из боропластика. оптимальное значение <■ U почти в 2 раза больше (рис. III.10), чем для деталей из карбопластика -[69].

Параметры t, t, t2 могут быть найдены расчетным путем из условия равнопрочности пластмассы при смя­тии и разрыве по ослабленному сечению; шаг болтов определяется подобно шагу заклепок по формуле (III.2).

Параметр t для двухсрезного стыкового соединения пластика, осуществляемого с помощью двух металли-

Рис. Ul. lt. Фланцевое соединение трехслойных панелей: і — панель; 2 — фланец; 3 — болт; 4 — накладка.

ческих накладок, рассчитывают из условия равиопроч - ..пости при срезе болта и при срезе пластмассы по двум площадкам в направлении от отверстия к поперечной кромке, что может быть представлено равенством

Если принять d = б, то можно вычислить її:

Л(л-гср + т;р)

где Тор, <р— разрушающее напряжение при срезе материала болта и пластмассы соответственно.

Для того чтобы предотвратить смятие материала под головками болтов и. под гайками при их затяжке и обеспечить распределение рабочих нагрузок на боль­ший объем материала, под гайки и головки болтов под­кладывают общие или индивидуальные шайбы.

Фланцевые соединения болтами относят к прочно - плотным разъемным соединениям арматуры (клапаны, тройники и т. д.), корпусных частей машин и. приборов, '• панелей (рис. III.11), и главным образом трубопрово­дов (рис. III. 12) :[67].

По конструктивному исполнению. фланцы разделяют на цельные (см. рис. III. 12, а) и свободные (см. рис. 111.12,6); Они могут иметь круглые, овальные и прямоугольные кольца. Цельные фланцы изготовляют прессованием, литьем, намоткой совместно с арматурой (клапанами, тройниками и т. д.), корпусом аппарата, днищами оболочек, или приваркой их элементов к труб­кам, арматуре или корпусу аппарата из термопласта [48, с. 80].

Рис. Ш.32. Фланцевое соединение трубопроводов с цельным (с) и со свободным (б) фланцем: 1 — фланец; І — болт; 3 — упругая прокладка; 3 — кольцо; 6 — труба с отбор­товкой.

Свободный фланец состоит из свободного кольца, которое опирается на кольцо, приваренное или прикле­енное на раструб к трубе, или на отбортовку трубы [26, с. 81; 7.1, с. 154].

При соединении труб с помощью свободных фланцев можно применять уплотнительные втулки, имеющие с внешней стороны небольшую конусность (рис. III. 13). Со стороны торца трубы у втулки делают отбортовку, выполняющую роль уплотнительной прокладки.

Для получения высокопрочного соединения деталей из композиционных материалов (КМ) с помощью сво­бодного фланца металлический элемент, например гоф­рированный патрубок с отбортовкой, закрепляют в про­цессе изготовления деталей. Такое соединение патрубка с деталью из КМ, например заметкой, предпочтитель - нее, чем механическое крепление іци склеивание,, так как позволяет исключить перерезание упрочняющих во­локон КМ.

При закреплении цельных фланцев или трубчатки элементов с отбортовкой в деталях из КМ стремление предотвратить перерезание волокон в соединительных узлах привело к возникновению петлевого соединения специальных зубцов, расположенных по всему перимет­ру металлического трубчатого элемента, который мо­жет иметь отбортовку под свободный фланец [39]. Об­разование петлевого соединения происходит в процессе изготовления детали, например трубы, путем огибания зубцов однонаправленной лентой.

Летлеёбё боеДйнЁнйе применили при формовании из композиционных матери­алов цельного фланда лопа­сти летательного аппарата [72]. Отверстия под болты создавали путем' обмотки формующих шпилек.

Свободные фланцы для труб из полизтилен-а и по­ливинилхлорида вследствие больших напряжений, воз­никающих при неравномер­ной затяжке болтов, или не- перпендикулярности илоско - сти-»фланцев к оси труб, из­готавливают из более прочных материалов (стали, алю­миния, стеклопластика и т, д.).

Преимуществами свободных фланцев по сравнению с цельными являются, во-первых, удобство сборки со­единения, заключающееся в легком совмещении отвер­стий для болтов путем поворота колец фланцев и, во - вторых, возможность изготовления кольца фланца из другого, более дешевого материала, чем материал на­конечника. Недостатки свободных фланцев состоят в их меньшей прочности и жесткости, так как свободные кольца не закреплены по внутреннему краю, а также в трудности создания прочной отбортовки наконеч­ника.