Jak vypočítat zatížení šroubu?

Pro vzájemné upevnění kovových výrobků, desek a dílů se používá šroubový spoj. Jedná se o odnímatelný spojovací prvek, který je dostatečně pevný, aby vydržel určité zatížení v tahu a smyku. Kvalitu upevnění při použití šroubů lze upravit. Pro kontrolu pevnosti spojů se používá metoda pro výpočet průměru šroubu s přihlédnutím k charakteristikám spojovaných částí, specifikovaným hodnotám smykového a tlakového zatížení pro hardware a pro celý spoj. Pro získání potřebných čísel není třeba hloubat ve vzorcích – na našem webu je k dispozici pohodlný online kalkulátor pro výpočet šroubového spoje.

Výhody šroubového spojení

Šrouby rychle nahradily svařované spoje v hromadné výrobě a konstrukci, protože odnímatelné spojovací prvky šetří nákup hardwaru a zvyšují údržbu konstrukcí. Šroubový spoj má další výhody:

• Existuje mnoho různých typů šroubů, které se liší velikostí, materiálem výroby, třídou přesnosti, přítomností a typem ochranného povlaku. Je snadné vybrat vhodný typ hardwaru ze široké škály;
• pro snížení spotřeby kovu spojů můžete použít šrouby s vysokou pevností, které mají menší průměr;
• Pomocí šroubů z vysokopevnostní legované oceli mohou konstruktéři zvýšit nosnost konstrukcí a inženýrských staveb.

Hlavní nevýhodou šroubového spoje je, že se skládá z několika hardwaru a je třeba vybrat spojovací prvky s ohledem na konstrukční zatížení spoje. Pokud se ve výpočtech vyskytnou chyby, spojení nemusí být dostatečně pevné. To zase může způsobit nehodu nebo poruchu mechanismu. Použití šroubovacího kalkulátoru zjednodušuje práci konstruktéra a umožňuje přesně určit typ spojovacího prvku.

Klasifikace šroubových spojů

Šroubové spoje jsou klasifikovány podle typu přenosu síly mezi upevňovacími prvky a jsou rozděleny do dvou kategorií:

• Spoje svěrného typu, které nejsou odolné ve smyku, se vyznačují tím, že zatížení je přenášeno šroubem bez zohlednění třecích sil. Neexistují žádné další prvky, které řídí utahovací sílu šroubu;
• Třecí spoje jsou odolné proti smyku: smyková síla je absorbována třením spojovaných desek. Při výpočtu vícešroubových třecích spojovacích prvků se nebere v úvahu pevnost šroubu ve smyku. Při výpočtu se berou v úvahu pouze třecí síly.

Kotevní šroub je určen pro upevnění těžkých výrobků a materiálů k podkladu z betonu, plné cihly nebo kamene. Kotevní šrouby jsou vyrobeny. více detailů..

Šroub pro T-tvar Drážky M10 jsou spojovací prvek určený pro spojování dílů v průmyslu obráběcích strojů. Cena šroubu pro T-tvar. Sloty M10. více podrobností.

Šroub pro T-tvar Drážky M12 jsou upevňovacím prvkem pro upevnění částí mechanismu při výrobě obráběcích strojů a nástrojů. Cena šroubu pro T-tvar. …více podrobností..

Šroub pro T-tvar drážky M16 – upevňovací prvek používaný ve výrobě obráběcích strojů a nástrojů. Cena šroubu pro T-tvar. Drážky M16 závisí. více podrobností..

Šroub pro T-tvar Drážky M6 – upevňovací prvky pro upevnění součástí ve strojích a zařízeních. Cena šroubu pro T-tvar. Drážky M6. další podrobnosti..

Šroub pro T-tvar Drážky M8 jsou spojovací prvky s hlavou ve tvaru T, která se používá ke spojování dílů v obráběcích strojích a strojírenství. …více podrobností..

Třídy přesnosti šroubů:

• třída A – vysoká přesnost provedení. Mínusová tolerance na průměru dříku šroubu. Upevňovací prvek je odolný proti deformaci. Hardware třídy A je relativně drahý;
• třída B – normální přesnost výkonu. Přípustná mezera mezi průměrem otvoru a průměrem vnitřní tyče šroubu je 1-1,5 mm. Šrouby třídy B jsou velmi žádané v různých aplikacích;
• třída C – nízká úroveň přesnosti. Přípustná mezera mezi průměrem svorníku a otvorem je od 2 do 3 mm. Šrouby jsou instalovány bez provádění výpočtů připojení: při zatížení začne hardware pracovat v různých časech, takže výpočty jsou zbytečné.

Třídy přesnosti se ve skutečnosti liší v tolerancích při výrobě hardwaru. Třídu přesnosti určitého typu šroubu zjistíte podle příslušné normy (GOST, DIN, ISO).

Další důležitou vlastností šroubu je jeho třída pevnosti. Podle normy GOST ISO 898–1–2014, která je relevantní pro ruské kupující, existuje 11 tříd pevnosti šroubů. Třídy pevnosti jsou označeny dvěma čísly oddělenými tečkou, např.: 3.6 (tečku v označení třídy na spojovacím prvku je přípustné vynechat). Označení třídy pevnosti se aplikuje na horní nebo boční povrch hlavy pomocí prohlubní nebo konvexností. Používá se také číselníkový systém značení. První číslo udává pevnost kování v tahu, jednotka měření je 100 MPa. Šroub s třídou pevnosti 3.6 má pevnost v tahu 300 MPa nebo 30 kg/mm². Druhá číslice v označení třídy se vypočítá jako podíl meze kluzu dělené pevností v tahu. Hodnota se udává v desítkách procent, to znamená pro pevnostní třídu 3.6 je rovna 60 %.

Je zakázáno používat neoznačené šrouby v šroubových spojích (značky se obvykle neaplikují na kování s třídou pevnosti nižší než 4.6). Je přípustné použít matice vyšší pevnostní třídy, než vyžaduje výpočet šroubového spoje. Když šroub funguje pouze pro smyk, můžete použít matici nižší pevnostní třídy. Třída pevnosti šroubu ve spoji musí odpovídat požadavkům GOST a je určena pomocí standardních tabulek.

Parametry pro analýzu šroubového spoje

Pro výpočet šroubového spoje při práci ve smyku potřebujete údaje o následujících veličinách:

• koeficient provozních podmínek šroubu;
• vypočítaná plocha průřezu hardwarového čepu;
• počet řezných rovin.

Vzorec pro pevnost ve smyku šroubového spoje:

Slouží k určení počtu šroubů (označených písmenem n) a průměru kování a kontrole, zda pevnost šroubového spoje odpovídá návrhové hodnotě.

Data použitá pro výpočet šroubového spoje:

• tloušťka balení spojených dílů (dvě nebo tři desky);
• jakost oceli, ze které jsou desky vyrobeny;
• počet šroubů, které jsou zapojeny do spojení;
• třída přesnosti a třída pevnosti šroubu;
• průměr otvoru pro šroub;
• vzdálenost podél síly od okraje prvku ke středu nejbližší díry.

Výpočty se provádějí v souladu s normami SNiP II-23-81 a SP 53-102-2004. Pro výpočty v tahu a smyku se používají různé vzorce. U smykových a třecích spojů se také liší metody výpočtu. Ve smykových spojích dochází k rozložení sil stejně jako u třecích smykových spojů. Pokud mluvíme o spojovacích deskách vyrobených z tenkého materiálu, provede se výpočet pro drcení (v oblasti kontaktu mezi hardwarem a povrchem spojovaných dílů se mohou upevňovací prvky začít hroutit). V tomto procesu musíte zadat mnoho proměnných a používat složité vzorce, ale mnohem jednodušší je použít online kalkulačku, která je na našem webu.

Doporučení pro kontrolu šroubových spojů

Přípustná mezera mezi šroubem a otvorem pro něj závisí na rozsahu použití upevňovacího spojení a jeho typu (tření, smyk, tření-smyk). Rozdíl jmenovitých průměrů musí být dostatečný, aby montáž konstrukce proběhla bez komplikací. Zbytkové smykové pohyby také ovlivňují určení průměru díry pro hardware.

Šrouby, jejichž konstrukce počítá s různými průměry čepů v oblasti bez závitů, lze použít pouze v třecích spojích. Při umísťování spojovacích šroubů nastavte maximální povolenou vzdálenost mezi hardwarem. Při umísťování šroubů v uzlových a rohových oblastech dodržujte minimální možnou vzdálenost.

Přesnost montážních otvorů pro hardware je určena technologií pro instalaci spojovacích prvků. Přípustná odchylka průměrů otvorů je do 1 mm. Není-li šroubový spoj navržen, lze jej navrtat podle zn.

PKM LLC © 2024 pkmetiz.ru

Petrohrad, sv. Salova, budova 27 lit., kancelář 213-G
Obchodní centrum „Start-Service“
Sklad: Petrohrad, okres Pushkinsky, vesnice Shushary, Lenina ulice, 21

Výpočet spočívá v určení návrhového zatížení pro nejvíce zatížený šroub. Poté se pevnost tohoto šroubu vypočítá pomocí vzorců jednoho z uvažovaných případů
v § 1.6.
Ve výpočtech uvedených v tomto odstavci se vychází z následujících předpokladů: plochy spojů zůstávají rovné (nedeformovatelné) během všech fází zatížení, což platí pouze pro díly s dostatečnou tuhostí; spojovací plochy mají alespoň dvě osy symetrie a šrouby jsou umístěny symetricky vzhledem k těmto osám; Všechny spojovací šrouby jsou stejné a stejně dotažené. Do jisté míry platí uvedené podmínky pro většinu konstrukcí.
Existují tři typické případy výpočtu spojení zahrnujících skupinu šroubů.
Výsledné zatížení kloubu je kolmé k rovině kloubu a prochází jeho těžištěm. Tento případ je typický pro kulaté šroubové spoje.
a obdélníkové kryty (viz obr. 1.23 a 1.29), zatížené tlakem kapalin nebo plynů. V tomto případě jsou šrouby utaženy, aby bylo zajištěno těsné spojení. Všechny šrouby takového spojení jsou zatíženy rovnoměrně. Vnější zatížení na šroub
F=FΣ/z, kde z je počet šroubů. Návrhové zatížení šroubů se stanoví pomocí vzorců (1.26), (1.28) nebo přibližně pomocí vzorců (1.36) a (1.37).

Kloubové zatížení posouvá díly ve spoji. Příkladem je upevnění držáku (obr. 1.30). Při výpočtu spoje nahradíme sílu stejnou silou působící v těžišti spoje a moment T = FZL Moment a síla mají tendenci otáčet a posouvat konzolu. Zatížení ze síly Fz se rozloží rovnoměrně na šrouby:
F=FΣ/z. (1.38)

Momentové zatížení (reakce FTi, FTi, . FT) je při otáčení konzoly rozloženo na šrouby v poměru k jejich deformacím. Deformace jsou zase úměrné vzdálenostem šroubů od těžiště spoje, což je reakce šroubů kolmých na rz. Podle podmínky rovnováhy T=Ft1r1+FT2r2+. +Ftzrz
kde 11″ (1.39)
Ft1/FT2=r1/r2
Například na Obr. 1.30
T=4 Ft1r1+2FT2r2.
Celkové zatížení každého šroubu se rovná geometrickému součtu odpovídajících sil Ff AND Ft (Obrázek 1.30 ukazuje zatížení pro první šroub F1.)

Největší z celkových zatížení se bere jako vypočtené zatížení. Při porovnání hodnot a směru reakcí lze poznamenat, že pro sloučeninu znázorněnou na obr. 1.30, nejvíce zatížené šrouby jsou 1. a 3. (reakce Ff a Ft jsou ve směru blízko) nebo 2. (Ff a FT směřují stejným způsobem, ale FTi V provedení spoje lze šrouby umístit bez vůle nebo s odbavení.
Šrouby jsou instalovány bez vůle. Zatížení je přenášeno přímo šrouby (viz obr. 1.21,6). Pevnost šroubů a dílů se vypočítá pomocí smykových a tlakových napětí [vzorce (1.21) a (1.22)].
Šrouby jsou instalovány s vůlí. Zatížení je vnímáno třecími silami ve spoji, pro jejichž vytvoření jsou šrouby náležitě utaženy. Přibližně se předpokládá, že výslednice třecích sil způsobených utahováním každého šroubu působí ve středu odpovídajícího otvoru.
Spojení bude pevné (části se nepohybují), pokud výslednice třecích sil pod každým šroubem nebude menší než odpovídající výslednice sil Fr a FT. Vzhledem k tomu, že podle podmínek problému jsou šrouby utahovány rovnoměrně, je celkové utažení určeno nejvíce zatíženým šroubem (1. nebo 2.; obr. 1.30). Požadované dotažení šroubů
F^ = KFmJf, (1.40)
kde £=1,3. 2 – bezpečnostní faktor; Fmax je síla přisouzená nejvíce zatíženému šroubu, rovná se například Ft; /—součinitel tření ve spoji dílů.
Pevnost šroubů se vypočítá pomocí vzorce (1.19).
Optimalizace návrhu takového spojení lze dosáhnout prostřednictvím: možnosti instalace šroubů s vůlí a bez vůle; poměr rozměrů a a b, umístění šroubů; počet šroubů. V tomto případě mohou nastat dva případy: rozměry držáku jsou specifikovány nebo podléhají určení. Ve druhém případě se nejprve vypočítá výška konzoly na základě ohybových napětí, poté se vypočítá spoj a z něj se určí všechny další rozměry.
Jako druhý příklad výpočtu skupiny šroubů při smykovém zatížení uvažujme přírubový hřídelový spoj. Při návrhu takových spojů jsou obvykle poskytovány středící výstupky (obr. 1.31, a) nebo jsou instalovány středící podložky (obr. 1.31,6), které současně odlehčují spoj od bočních zatížení.

U šroubů nainstalovaných bez vůle je vypočtené zatížení šroubu
F=2T/(zDO). (0)
Pro šrouby instalované s vůlí je požadovaná utahovací síla
Fjar = 2KT/ (zD0f). (1.42)

Zatížení spoje otevírá spoj dílů. S tímto případem se v praxi setkáváme často (upevnění všech druhů držáků, regálů atd.). Uvažujme způsob řešení pomocí příkladu na Obr. 1.32. Sílu R rozložíme na složky R x a R 2. Působení těchto složek nahradíme působením sil R x a R 2 působících ve středu kloubu a působením momentu

R x a M otevírají spoj a R 2 posouvá díly. Možnost otevření kloubu a posunutí dílů je eliminována dotažením šroubů silou F MT.

Výpočet na základě podmínky neotevření spáry. Před působením zatížení R vytváří utahování v místě spoje napětí ložiska

které přibližně považujeme za rovnoměrně rozložené podél spoje. Ve vzorci (1.44) ζ je počet šroubů, A_ST – oblast kloubu.

V tomto vzorci je R(1— χ ) část vnějšího zatížení, která odlehčí spoj [viz. vzorec (1.27)]. V praxi je v takových sloučeninách hodnota χ malá. Pro zjednodušení řešení akceptujeme χ = ​​0, které jde do rezervy pod podmínkou neotevírání spoje.

Při řešení problému, jak se mění napětí ve spoji vlivem momentu M, je nutné zjistit, kolem které osy se konzola otáčí. Uplatněním principu nejmenšího odporu můžeme předpokládat, že k rotaci dochází kolem osy symetrie kloubu, protože vzhledem k této ose nastává nejmenší moment odporu proti rotaci (moment setrvačnosti plochy kloubu je menší). Tato podmínka je splněna pouze tehdy, jsou-li šrouby dostatečně utaženy, aby se spoj neotevřel. Při otevření kloubu se osa rotace posune z osy symetrie k okraji kloubu. Pokud nedojde k utažení, pak bude osou otáčení hrana spoje. V důsledku toho se utahování spoje projevuje jako pájení nebo lepení dílů podél celého spoje, dokud se spoj neotevře, lze konzolu a základnu považovat za jeden celek. Testy tuto pozici potvrzují.

S ohledem na podmínky neotevření kloubu považujeme osu rotace kloubu za osu symetrie. V tomto případě se napětí ve spoji vlivem momentu M mění v souladu s diagramem podobným diagramu ohybových napětí. Zanedbáme-li hodnotu χ, stejně jako při určování aR přibližně zapíšeme:

kde WeT je moment odporu v ohybu, který je určen pro oblast kloubu.
V závislosti na hodnotě utažení a zatížení má diagram celkových napětí ve spoji formu jedné z možností I nebo II

V těchto vzorcích jsou azotová utahovací napětí brána jako kladná. Možnost II označuje otevření spoje v jeho řezu, protože napětí jsou zde rovna nule, což je nepřijatelné. Možnost I znázorňuje neotevření spoje
a považuje se za vypočítaný. Podle stavu neotevření spoje,
nebo

Zde £«1,3. 2 – bezpečnostní faktor pro neotevření spoje.
Podle podmínky (1.48) se určí σ33T a pak se ze vzorce (1.44) zjistí F3aT.
V případech, kdy je základní materiál slabý ve srovnání s materiálem šroubů, například beton nebo dřevo, je nutné zkontrolovat pevnostní stav základu na základě maximálních tlakových napětí (viz tabulka 1.2):

Pokud podmínka (1.49) není splněna, rozměry spoje se obvykle změní.
Výpočet na základě podmínky bez posunu dílů na spoji (prováděno jako zkouška). Ve spojích, které nemají zařízení pro odlehčení dílů od smyku, je síla L2 vyvážena třecími silami ve spoji. Díly se nepohybují, pokud je třecí síla na spoji větší než R2 resp

kde f je koeficient tření ve spoji; /G»1,3. 2 je bezpečnostní faktor.
Přibližně můžete vzít: /“0,3. 0,35—ocel (litina) na betonu, /“0,25—ocel (litina) na dřevě; /“0,15. 0,20 – ocel nad litinou (přes ocel).
Vzorec (1.50) nezohledňuje vliv momentu M, protože moment neposouvá součásti a nemění celkovou hodnotu třecích sil ve spoji.
Není-li splněna podmínka (1.50), znamená to, že podmínka (1.48) nerozevření spoje není pro toto spojení rozhodující a utažení by mělo být dáno podmínkou (1.50) znehybnění dílů.

nebo namontujte šrouby bez vůle.

Pro velká smyková zatížení se také používají speciální vykládací zařízení (obr. 1.33): čepy (i), pouzdra (b), pera (c), dorazy (d) atd. U takových konstrukcí šrouby umístěné s mezerou pouze absorbují zatížení, která otevírají spoj dílů.
Při výpočtu pevnosti šroubů vezměte v úvahu největší utahovací sílu Fm zjištěnou podle podmínky (1.48) nebo (1.51). Vnější zatížení na šroub od síly Ru

Fr=RI/z; (1.52)
vnější zatížení od okamžiku M je určeno z rovnosti
M = i(Fl2ei + F22e2 +. + Fn2en),
kde i je počet šroubů v příčné řadě (na obr. 1.32 / = 2); η je počet příčných řad na jedné straně osy tahu (na obr. 1.32 l = 2).
Síly Fi, F2 jsou úměrné jejich vzdálenostem kolem osy otáčení: ^1/^2 = ^1/^2 atd.

Když to vezmeme v úvahu a nahradíme Ft FM jako největší momentové zatížení, po jednoduchých transformacích najdeme

Při známých F3aT a F se výpočtový vzorec (1.37) a pevnost šroubu (1.34) s přihlédnutím k výrazům (1.25) a zatížení určí pomocí vzorce (1.32) nebo (1.33). Tvar spoje má významný vliv na pevnost spoje.

Například pro spojité 1 a nespojité 2 spoje zobrazené na Obr. 1.34 se hodnoty ploch a momentů ohybového odporu rovnají:

Při stejném vnějším zatížení se Μ σΜ ve druhém spoji zvýší pouze o ^12 % oproti prvnímu spoji a plocha se zmenší o 50 %. V tomto případě lze podmínku nerozevření nespojitého spoje zajistit dotažením šroubů, sníženým o cca 38 % [viz. vzorce (1.44), (1.46) a (1.48)].

Připojení kombinované zátěže. Tři uvažované případy výpočtu skupiny šroubů nám umožňují výpočet
pevnost spojení pro jakoukoli kombinaci zatížení. V tomto případě se rozloží působení komplexního zatížení a použije se součet složek uvažovaných zatížení.

Optimalizace návrhu spoje je zde provedena z důvodu tvaru spoje. Kloub 2 vám umožňuje zmenšit průměry šroubů a plochu držáku potřebnou k jejich umístění. Všimněte si, že půlení plochy nemusí být optimální a je bráno pouze jako příklad. V hledání optimálního tvaru lze pokračovat dalšími kombinacemi parametrů. V tomto případě by se kromě podmínky neotevření spoje měla vzít v úvahu také podmínka pevnosti základny (vzorec (1.49)), protože se snížením plochy spoje , zvyšuje se napětí ložisek.