TOPlist
facebook google+ linkedin youtube
header-print

Novinky

Bourání mýtů kolem předpětí šroubů

21.07. 2015by Admin E-konstruktér

V roce 1992 si americká Národní komise pro bezpečnost dopravy (NTSB) nechala vypracovat zprávu zkoumající příčiny uvolnění kol u středně těžkých a těžkých nákladních vozidel. Jaký byl výsledek?

Ve zprávě bylo uvedeno, že v průměru je každý rok ve Spojených státech hlášeno 750 až 1050 případů uvolnění kola. Zpráva poté dospěla k pozoruhodnému závěru, že „hlavními příčinami uvolnění kol ze středně těžkých a těžkých nákladních vozidel jsou nesprávně dotažené upevňovací prvky kol…" To je jen jeden výstižný příklad z mnoha, které ilustrují důležitost správného dotažení spojovacích prvků. Ve skutečnosti je možné tvrdit, že správně utažené spoje se jen zřídka uvolní.

Takže co to vlastně znamená? Podívejme se nejprve, jak se šroubový spoj chová. I když pro mnohé je to asi proti selskému rozumu, že by se pevný šroub z tvrzené oceli o průměru 20 mm choval jako pružina, je to ve skutečnosti právě to chování, kterého jsme při utažení šroubu svědky. Aby šroubový spoj správně fungoval, musí být šroub napnutý. Jak se šroub napíná, přitahuje se k matici, a tím stlačuje všechno, co mezi těmito dvěma součástkami leží. Toto napětí v šroubu se označuje jako „předpětí" a výsledná tlaková síla, která svírá všechno mezi, se označuje jako „svěrná síla". Čím více šroub napneme (tj. čím vyšší je předpětí), tím vyšší je výsledná svěrná síla. To je důležité, protože čím vyšší je svěrná síla, tím lépe dokáže spoj odolávat zatížením, která na něj působí při provozu.

Pojďme si udělat pokus, který to bude ilustrovat. Když zapátráme v šuplíku, asi najdeme obyčejnou, běžně používanou silnou gumičku, kterou použijeme ke znázornění pružinového chování šroubu (obr. 1-A). Jak ukazuje obr. 1-B, vezměte tuto gumičku a omotejte si ji dvakrát kolem palce, ukazováku a prostředníku. Až ji takto omotáte, zkuste oddálit prsty jako na obr. 1-C a všimněte si odporu, který klade. Teď ji omotejte ještě jednou dokola kolem prstů jako na obr. 1-D. Znovu zkuste prsty oddálit a všimněte si kladeného odporu.

Povedlo se? 

Pokud jste pokus provedli správně, zjistili jste mezi dvojím a trojím omotáním gumičky výraznou změnu odporu. Při větším tlaku pružiny, který jsme dosáhli protažením gumičky při trojím omotání, se výsledný odpor vůči našim pokusům oddálit prsty znatelně zvýšil. Úplně stejně platí, že když se zvýší předpětí ve šroubu, dokáže odolat větším provozním zatížením, která se snaží spoj uvolnit.

Zde popsané chování se očekává u spojů zatížených v tahu. Stejná teorie však platí i pro spoje zatížené ve smyku. V těchto případech chce konstruktér zabránit tomu, aby sevřený materiál prokluzoval do boku (kolmo na osu spojovacího prvku), a vytvářel tak smykové zatížení spojovacího prvku. Při navození vyššího předpětí je spoj pevněji stažený, a to vede k většímu tření mezi sevřenými prvky a většímu odporu proti prokluzu za provozu.

Toto chování není samozřejmě neomezené. Pro každý spojovací prvek existuje bod, ve kterém už se nedokáže pružně prodlužovat a začne se prodlužovat trvale (neboli plasticky), a to nakonec vede k jeho prasknutí nebo selhání. Bod, ve kterém k tomuto přechodu dochází, se označuje jako mez kluzu. I když utahování šroubů až na mez kluzu není neobvyklé, je to operace, která se musí provádět opatrně a kontrolovaně.

To také vysvětluje, proč konstruktéři mohou dávat přednost vysokopevnostním šroubům před šrouby s nižší pevností. Když se zvýší pevnost šroubu, zvýší se také míra, v jaké se šroub dokáže elasticky prodlužovat. Jsou tu však i nevýhody, včetně skutečnosti, že čím větší je pevnost šroubů, tím mají materiály, ze kterých jsou vyrobeny, nižší tvárnost, a proto se tu kontrola procesu utahování stává ještě důležitější, především při hodnotách blízkých mezi kluzu.

Souhrnem tu máme několik zásad, které by se měly při navrhování robustního spoje dodržovat:

1. K zachování robustního spoje je důležité udržovat svěrnou sílu v hodnotách, které jsou nad provozním zatížením, kterému bude spoj vystaven.

2. Šroub by se neměl dotahovat nad předvídatelnou a kontrolovatelnou mez. Ve většině případů by se nemělo překračovat napětí na mezi kluzu a častěji se v návrhu používá nějaký zlomek meze kluzu.

3. Při navrhování spoje je nutné zvážit schopnost kontrolovat utažení jak při montáži, tak během údržby. Abychom se vrátili zpět ke studii uvolňování kol nákladních vozidel, valná většina, pokud ne rovnou všechny nehody připisované nesprávnému utažení jsou pravděpodobně výsledkem špatných postupů údržby, které se vyskytovaly při servisu těchto vozidel.

4. I když je předpětí u šroubového spoje nejvyšší prioritou, existuje mnoho faktorů, které ovlivňují schopnost dosáhnout nebo udržet požadované předpětí, například provozní teploty, nepříznivé a agresivní prostředí a to, jestli je spoj „tvrdý" nebo „měkký". Při navrhování spoje je nutné všechny tyto faktory zvážit a správně je zohlednit.

Navrhování správného spoje může být komplikované. V tomto ohledu jsou spojovací prvky většinou špatně chápány a není jim věnována patřičná pozornost. Zůstává však pravdou, že s rozmyslem a náležitou péčí navržené a provedené spoje, pokud jsou správně utažené, vytvoří potřebné předpětí a jen zřídka se v provozu uvolní.

 

zdroj: machinedesign.com


PEVNOSTNÍ VÝPOČET ŠROUBŮ

HODNOTY MEZÍ PEVNOSTI, KLUZU, ÚNAVY A DOVOLENÝCH NAPĚTÍ PRO OCEL


OTESTUJTE SVÉ ZNALOSTI!



hodnocení

Diskuze

Newsletter

Chcete dostávat novinky emailem?