Онлайн-сервис предназначен для расчёта прочности болтовых соединений, определения максимально допустимых нагрузок и проверки коэффициентов запаса. Удобен для инженеров, проектировщиков и монтажников при выборе болтов и оценке безопасности соединений. Работает в браузере даже на мобильных телефонах.
Программа учитывает диаметр, длину и шаг резьбы болта, класс прочности материала, количество элементов в соединении, а также заданные осевую и сдвигающую нагрузки. Автоматически рассчитывает массу, стоимость, максимальные нагрузки на один болт и на соединение в целом, а также коэффициенты запаса для растяжения, среза и смятия. Строит 3D модель и выдаёт таблицу.
Что можно рассчитать:
- Массу одного болта и общую массу соединения.
- Стоимость болтов с учётом заданной цены за килограмм.
- Максимальные нагрузки на болт и соединение: срез, растяжение и смятие.
- Коэффициенты запаса прочности по растяжению, срезу и смятию на основании заданных нагрузок.
- Посмотреть 3D модель болта и гайки по введённым размерам.
- Получить инфографику с результатами.
Основные параметры и формулы
1. Площадь поперечного сечения болта:
$$
A = \pi \times \left(\frac{d}{2}\right)^2
$$
где \( d \) — диаметр болта (в метрах).
2. Объем одного болта:
$$
V = A \times L
$$
где \( L \) — длина болта (в метрах).
3. Масса одного болта:
$$
m = V \times \rho
$$
где \( \rho \) — плотность материала болта (кг/м³).
4. Максимальная нагрузка на болт:
Растяжение:
$$
F_{tensile} = \frac{\sigma \times A}{k}
$$
где \( \sigma \) — предел прочности материала (Па), \( k \) — коэффициент запаса (по умолчанию 2).
Срез:
$$
F_{shear} = 0.6 \times F_{tensile}
$$
Смятие:
$$
F_{crushing} = 4 \times F_{tensile}
$$
5. Нагрузка на соединение (все болты):
$$
F_{total} = F_{single} \times n
$$
где \( n \) — количество болтов.
6. Коэффициенты запаса:
$$
k_{tensile} = \frac{F_{tensile}}{F_{axial}}
$$
$$
k_{shear} = \frac{F_{shear}}{F_{shearLoad}}
$$
$$
k_{crushing} = \frac{F_{crushing}}{F_{axial}}
$$
где \( F_{axial} \) и \( F_{shearLoad} \) — фактические нагрузки, введённые пользователем.
Обозначения
- \( d \) — диаметр болта, м
- \( L \) — длина болта, м
- \( \rho \) — плотность материала болта, кг/м³
- \( \sigma \) — класс прочности болта, Па
- \( n \) — количество болтов
- \( k \) — коэффициент запаса (по умолчанию 2)
- \( F_{axial} \) — осевая нагрузка, Н
- \( F_{shearLoad} \) — сдвигающая нагрузка, Н
Пояснения
- Коэффициент запаса выбран как 2 для дополнительной надежности.
- Расчёты учитывают реальный материал болта через класс прочности и плотность.
- Смятие рассчитывается как нагрузка в 4 раза больше растяжения — типовое приближение.
- Все нагрузки и коэффициенты запаса выводятся отдельно для одного болта и для всего соединения.
Классы и пределы прочности
| Класс прочности | Предел прочности, МПа | Предел текучести, МПа | Применение |
|---|---|---|---|
| 4.6 | 400 | 240 | Легкие конструкции, малонагруженные соединения |
| 5.8 | 500 | 400 | Общие строительные конструкции |
| 8.8 | 800 | 640 | Конструкции с повышенными нагрузками |
| 10.9 | 1000 | 900 | Высоконагруженные ответственные узлы |
| 12.9 | 1200 | 1080 | Специальные высокопрочные соединения |
Плотность и модуль упругости материалов болтов
| Материал | Плотность, кг/м³ | Модуль упругости, ГПа | Пример использования |
|---|---|---|---|
| Сталь конструкционная | 7850 | 210 | Большинство болтов, стандартные и высокопрочные |
| Нержавеющая сталь | 7700 | 190–210 | Болты для коррозионно-агрессивных сред |
| Алюминий | 2700 | 70 | Легкие конструкции, аэрокосмическая промышленность |
| Титан | 4500 | 116 | Высокопрочные и легкие болты для авиации и медицины |
| Латунь | 8500 | 100 | Болты для декоративных и электрических соединений |
Рекомендуемые моменты затяжки стальных болтов
| Диаметр болта, мм | Класс 4.6, Н·м | Класс 5.8, Н·м | Класс 8.8, Н·м | Класс 10.9, Н·м | Класс 12.9, Н·м |
|---|---|---|---|---|---|
| 6 | 5 | 7 | 12 | 16 | 20 |
| 8 | 15 | 22 | 37 | 49 | 60 |
| 10 | 32 | 47 | 79 | 104 | 128 |
| 12 | 60 | 87 | 145 | 190 | 235 |
| 16 | 150 | 220 | 370 | 490 | 620 |
| 20 | 300 | 440 | 740 | 980 | 1250 |
| 24 | 530 | 780 | 1300 | 1700 | 2200 |
Типы резьбы и основные характеристики
| Тип резьбы | Угол профиля | Шаг резьбы, мм | Особенности |
|---|---|---|---|
| Метрическая (ISO) | 60° | Зависит от диаметра (например, для М12 — 1.75) | Наиболее распространённая резьба, стандарт ISO |
| UNC (американская крупная) | 60° | Крупный шаг (например, для 1/2″ — 13 ниток на дюйм) | Используется в США, для быстрых сборок |
| UNF (американская мелкая) | 60° | Мелкий шаг (например, для 1/2″ — 20 ниток на дюйм) | Высокая прочность на срез, точные соединения |
| Трапецеидальная | 30° | Разный | Используется для винтов с высокой нагрузкой и перемещением |
| Круглая | Радиус | Разный | Применяется в подшипниках и специальных крепежах |
| Whitworth (Британская) | 55° | Крупный или мелкий | Устаревший британский стандарт |
Применение
- Проектирование болтовых соединений с необходимой прочностью.
- Оптимизация количества и размера болтов для экономии материалов.
- Проверка существующих соединений на соответствие нормативам и требованиям безопасности.
- Образовательные задачи и тренировки в области прочности материалов и машиностроения.
Калькулятор не учитывает дополнительные факторы, такие как усталостные нагрузки, температурные расширения и особенности сопряжения деталей. Рекомендуется использовать его для предварительной оценки и учебных целей.
