TESTING THE HYPOTHESIS OF THE COSINE DISTRIBUTION OF STRESSES IN THE SHAFT-HOLE CONTACT

One of the most common connection types in mechanical engineering and construction is the shaft-hole connection. The mechanical stresses caused by its loading are distributed in the contact zone of the loaded parts of the joint. In some cases, they can lead to destruction. Therefore, while designing, it is important to analyze the mechanical stresses in the contact zone. Traditionally, calculations assume that the contact stresses are distributed according to the cosine law. However, this is not entirely true, especially with different shaft and hole diameters. The authors examined theoretical studies of the contact zone of the shaft and the hole (including the cases of different diameters) and the stress distribution in the contact zone. Based on the studies, they performed numerical calculations in the APMWinMachine environment to determine the stresses in the volume of the shaft and the plate with a hole when loading the shaft-hole connection. The analyses were performed for the two-dimensional case by the finite element method in the APMStructure program. The results show that when the diameters in the connection are equal, the stress distribution is close to the cosine law. In this case, only one stress raiser occurs in the contact zone, which is located on the line of action of the loading force. However, if there is a slight discrepancy in the shaft and hole diameters, there are three stress raisers in which the connection may break - the central zone and two side zones. The angular distance between them can be determined based on the known theoretical formulas. The authors made an experiment with a plexiglass model, which qualitatively confirmed the correctness of the analysis performed.

1. Белоус Н.М., Ториков В.Е. Стратегия инновационного развития научных исследований в Брянской государственной сельскохозяйственной академии // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. 2010. № 2. С. 4-16.

2. Кисель Ю.Е., Шишова В.П., Мурачёв С.М. и др. Применение МКЭ для расчета упругих характеристик композиционных материалов // Сборник материалов Международной научно-технической конференции «Проблемы энергообеспечения, автоматизации, информатизации и природопользования в АПК». Брянск: Издательство Брянский государственный аграрный университет (Кокино), 2020. С. 57-62.

3. Безик Д.А., Романеев Н.А. Расчеты напряженного состояния элементов грузоподъемных машин с использованием современного программного обеспечения // Подъемно-транспортное дело. 2008. № 1 (45). С. 2-5.

4. Сухов И.С., Платонов A.C. Проблемы применения шарнирных соединений в стальных конструкциях автодорожных мостов // Транспортное строительство. 2009. № 4. С. 19-20.

5. Шелофаст В.В., Прокопов В.С., Шелофаст В.В. и др. Возможности отечественных систем инженерного анализа (CAE) // Сборник трудов XVI Международной молодёжной конференции 17-19 октября 2016 г. «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (СAD/CAM/PDM-2016)». М.: Изд-во ООО «Аналитик», 2016. С. 19-23.

6. Комогорцев В.Ф., Попов Г.Я., Радиолло М.В. Контактная задача для кругового кольца // Прикладная механика. 1980. Т. 16. № 1. С. 81-87.