Výpočet pevnosti ve smyku a tahu pro šrouby
Smyková pevnost a pevnost v tahu jsou dva důležité parametry pro výběr a použití šroubů. Šrouby se používají k připojení součástí třecím zámkem a k odolnosti proti mechanickému zatížení. Aby bylo zajištěno, že šrouby splňují požadované požadavky na pevnost v dané aplikaci, je důležité vědět, jaká je smyková pevnost a pevnost v tahu a jak se vypočítávají.
Síla šroubů
Při výběru šroubů hraje roli mnoho různých faktorů. Kromě tloušťky a pevnosti substrátu je nutné sledovat další důležité faktory, jako je materiál a průměr šroubu, očekávaná zátěž atd. Všechny tyto faktory ovlivňují pevnost šroubu. Síla použitého šroubu má velký význam. To se týká schopnosti šroubů odolávat smykovým silám a tahovým silám. Síla je určena označením nebo klasifikačními systémy, které se mohou lišit v závislosti na použitém systému norem a národních normách. Třída pevnosti šroubu poskytuje informace o pevnosti v tahu a mez kluzu. Ocelové šrouby jsou označeny jinak než šrouby z nerezové oceli. Ocelové šrouby jsou označeny dvěma čísly (například 10.9), zatímco nerezové šrouby jsou označeny písmeny a číslicemi (například A4-80).
Smyková pevnost šroubů
Ke smyku dochází, když na šroub působí posunuté dvojice sil. To vede ke smykovým silám, které mohou vést k prodloužení, deformaci nebo zkroucení šroubu. Šrouby vyžadují určitou smykovou sílu, aby tyto smykové síly potlačily. Tato pevnost nožů udává, kterému zatížení může být šroub vystaven, aniž by došlo k výtěžnosti nebo zničení. Smykové síly různé síly a směru mohou být vyvíjeny na šroub současně.
- Deformace závitu: Tento typ deformace se také nazývá stržení závitu a je způsoben axiálním zatížením, které je způsobeno především předpínací silou při utahování šroubu.
- Deformace hřídele šroubu způsobená příčným zatížením
- Deformace hřídele šroubu způsobená otáčením nebo torzními momenty kolem osy šroubu
Jak vypočítat smykovou sílu.
Obecně existují různé metody, pomocí kterých lze testovat smykovou pevnost materiálů. Obecně se používají standardizované metody měření, které se rovněž označují jako smykové testy. Smykové testy vystavují vzorek materiálu neustále rostoucí smykové síle. Síla naměřená při smyku vzorku je maximální smyková síla Fm, z níž se odvozuje pevnost ve smyku.
V praxi však materiály nejsou zcela vyčerpány až do maximálního limitu zatížení, ale vždy je brána v úvahu určitá bezpečnostní rezerva. Tato bezpečnostní rezerva zajišťuje, že přípustná smyková zátěž (Tjmenovitá) je výrazně nižší než skutečná smyková síla (TB). Jmenovité smykové napětí se určuje pomocí tohoto tzv. bezpečnostního faktoru (v):
Jmenovitou smykovou sílu (jmenovitá F) lze poté stanovit pomocí tohoto jmenovitého smykového namáhání (jmenovitá T). Výpočet se provádí vynásobením přípustné smykové síly smykovým povrchem (S):
Je však třeba zdůraznit, že je v praxi výhodné navrhnout šroubované spojení tak, aby na šroub působila pouze tahová síla, ale nikoli střihová síla, aby se zabránilo možné poruše v důsledku smykového zatížení.
Pevnost v tahu a mez kluzu šroubů
Podobně jako pevnost ve smyku je pevnost v tahu zátěž, která vyjadřuje poměr síly (F) k oblasti (A), přičemž síla je síla v tahu (podélná k ose šroubu).
Pevnost v tahu šroubů udává, do jaké míry může být materiál šroubu vystaven namáhání v tahu. Ukazuje maximální napětí v tahu, které materiál vydrží na milimetr čtvereční jeho plochy průřezu.
Specifikace pevnosti na šroubech poskytuje informace nejen o pevnosti v tahu, ale také o mezi kluzu. Mez kluzu označuje napětí, při kterém materiál přechází z pružné na plastickou deformaci. Nebo jinými slovy: Je to maximální namáhání, které může materiál absorbovat předtím, než se materiál neodvratně zdeformuje. Pokud se materiál po prodloužení nemůže vrátit do původního tvaru, je překročena mez kluzu.
Stanovení pevnosti v tahu pomocí tahových zkoušek
Pevnost v tahu (Rm ) se určuje pomocí testů v tahu. Test v tahu je standardizovaný postup, kterým je vzorek materiálu natažen v podélném směru, dokud se neroztrhne. Během testu se měří síla a změna délky (= prodloužení) vzorku materiálu. Pevnost v tahu je vypočtena z maximální dosažené síly v tahu a plochy průřezu vzorku materiálu. Pevnost v tahu je specifikována v N/mm2.
Výpočet pevnosti v tahu a mez kluzu ocelových šroubů
Jak již bylo zmíněno, šrouby jsou označeny třídou pevnosti. Tato třída pevnosti poskytuje informace o jejich pevnosti v tahu, tj. pevnosti v tahu, kterou šroub vydrží. Pevnost v tahu šroubu lze proto snadno vypočítat na základě třídy pevnosti a plochy průřezu šroubu.
Za účelem stanovení pevnosti v tahu ocelových šroubů je první počet specifikace pevnosti vynásoben faktorem 100. V následujícím příkladu by byl výsledek následujícího výpočtu:
Aby bylo možné vypočítat mez kluzu nebo prodlužování (Rp-0.2) ocelových šroubů, obě čísla specifikace pevnosti se nejprve vynásobí dohromady a následně násobí faktorem 10. Na základě výše uvedeného příkladu (10.9) je získán následující výpočet:
Výpočet pevnosti v tahu a mez kluzu šroubů z nerezové oceli
U šroubů z nerezové oceli se liší specifikace pevnosti v tom, že šrouby z nerezové oceli jsou označeny kombinací písmen a číslic (např. A4-80). Vstup vlevo od spojovníku odkazuje na typ použitého šroubu z nerezové oceli. V následujícím příkladu označení A4 uvádí, že šroub z nerezové oceli je vyroben z austenitické nerezové oceli (ocel V4A). Pro stanovení pevnosti v tahu je hodnota vpravo od spojovníku (80) násobena faktorem 10:
Limit prodlužování šroubů z nerezové oceli často není jasně stanoven při testu v tahu. Z tohoto důvodu se pro nerezovou ocel používá 0,2% expanzní limit stanovený v tahovém testu. To závisí na surovině a je poskytováno výrobcem nebo musí být odkazováno na standard. DIN EN ISO 3506-1 obsahuje informace o limitu prodlužování určeném pro třídy pevnosti A1 až A5 v kombinaci s třídami pevnosti 50-80 a definovanými rozsahy průměrů.
Převod z MPa na N/mm^2
Pevnost v tahu a pevnost střihu lze specifikovat v různých jednotkách, konkrétně v jednotkách Megapascal (MPa) a Newton na milimetr čtvereční (N/mm2). Obě jednotky jsou však ekvivalentní, protože 1 MPa odpovídá 1 N/mm2. Megapascal je součástí mezinárodního systému jednotek (SI), a proto se široce používá v mnoha technických a vědeckých oborech. Newton na milimetr čtvereční je založen více na starších konvencích a je stále rozšířen zejména v oblasti strojírenství. V mnoha technických aplikacích, zejména v teorii pevnosti, jsou síly měřeny v Newtonu (N) a plochy povrchu v milimetrech čtverečních (mm2). Proto je jednotka N/mm2 přirozenou volbou pro výpočet pevnosti v tahu a pevnosti střihu.
Naše produktová řada v online obchodě MISUMI
Šrouby jsou základními součástmi ve světě strojírenství a konstrukce strojů na míru. Společnost MISUMI dodává komplexní řadu šroubů s různými třídami pevnosti a vyrobených z různých materiálů. Společnost MISUMI rovněž nabízí další příslušenství v závislosti na požadavcích na šroubové připojení, jako jsou podložky, matice, držáky nebo pojistné přípravky na závity.
