Dela artikel:

Beräkning av skjuvstyrkor och draghållfasthet för skruvar

Skjuvstyrka och draghållfasthet är två viktiga parametrar för att välja och använda skruvar. Skruvar används för att ansluta komponenter på ett friktionslåsande sätt och för att motstå mekaniska belastningar. För att säkerställa att skruvarna uppfyller de krav på hållfasthet som krävs i en viss applikation är det viktigt att veta vad skjuvhållfasthet och draghållfasthet är och hur de beräknas.

Skruvarnas styrka

Många olika faktorer spelar en roll i valet av skruvar. Förutom substratets tjocklek och styrka måste andra viktiga faktorer såsom skruvens material och diameter, förväntad belastning osv. tas i beaktande. Alla dessa faktorer påverkar styrkan hos en skruv. Styrkan hos skruven som används är av stor betydelse. Detta gäller skruvarnas förmåga att motstå skjuvkrafter och dragkrafter. Styrkan specificeras genom märkning eller genom klassificeringssystem, som kan variera beroende på vilket standardsystem som används och nationella standarder. Styrkeklassen hos en skruv ger information om drag- och sträckhållfastheten. Skruvar av stål är märkta annorlunda än skruvar av rostfritt stål. Stålskruvar är märkta med två siffror (till exempel 10.9), medan skruvar av rostfritt stål är märkta med bokstäver och siffror (till exempel A4-80).

Skruvarnas skjuvhållfasthet

Skjuvning sker när förskjutna kraftpar verkar på skruven. Detta resulterar i skjuvkrafter som kan leda till förlängning, distorsion eller vridning av skruven. Skruvar kräver en viss skjuvstyrka för att motverka dessa skjuvkrafter. Denna skjuvstyrka indikerar vilken belastning en skruv kan utsättas för utan att ge efter för eller förstöras. Skjuvkrafter av varierande styrka och riktning kan utövas på en skruv samtidigt.

Skjuvning av gängan: Denna typ av skjuvning kallas också gängstrippning och orsakas av axiella belastningar, vilket främst orsakas av förspänningskraften vid åtdragning av en skruv.

Skjuvning av skruvskaftet orsakad av tvärgående belastning

Skjuvning av skruvskaftet orsakad av rotations- eller vridmoment runt skruvaxeln

Hur man beräknar skjuvstyrkan

I allmänhet finns det olika metoder genom vilka skjuvhållfastheten hos material kan testas. Standardiserade mätmetoder används i allmänhet, som också kallas skjuvtester. Skjuvtester utsätter materialprovet för en ständigt ökande skjuvkraft. Den kraft som mäts under skjuvning av provet är den maximala skjuvkraft F_m från vilken skjuvstyrkan härleds.

\tau{_B} = \frac{F }{A} = N/mm^2

I praktiken är dock materialen inte helt uttömda upp till den maximala belastningsgränsen, utan en viss säkerhetsmarginal beaktas alltid. Denna säkerhetsmarginal säkerställer att den tillåtna skjuvspänningen (T_-klassning) är betydligt lägre än den faktiska skjuvstyrkan (T_B). Den nominella skjuvspänningen bestäms med hjälp av denna så kallade säkerhetsfaktor (v):

\tau_{rated} = \frac{{\tau}{_B}}{v} = N/mm^2

Den nominella skjuvkraften (F_-klassad) kan sedan bestämmas med hjälp av denna nominella skjuvspänning (T_-klassning). Beräkningen utförs genom att multiplicera den tillåtna skjuvkraften med skjuvytan (S):

F_{rated} = \tau_{rated} \times S

Det bör dock betonas att det i praktiken är att föredra att utforma en skruvad anslutning så att endast en dragkraft, men inte skjuvkraft, utövas på skruven för att förhindra ett eventuellt fel på grund av skjuvbelastningar.

Draghållfasthet och sträckgräns för skruvar

I likhet med skjuvstryka är draghållfasthet en belastning som uttrycker förhållandet mellan en kraft (F) och ett område (A), varvid kraften är en dragkraft (längsgående till skruvaxeln).

Skruvarnas draghållfasthet anger hur mycket skruvens material kan utsättas för dragspänning. Den indikerar den maximala dragspänning som materialet tål per kvadratmillimeter av dess tvärsnittsarea.

Styrkespecifikationen på skruvar ger inte bara information om draghållfastheten utan även om sträckgräns. Sträckhållfasthet avser den spänning vid vilken ett material övergår från elastisk till plastisk deformation. Med andra ord: Det är den maximala stressgränsen som ett material kan absorbera innan materialet alltid deformeras. Om materialet inte kan återgå till sin ursprungliga form efter förlängning, överskrids sträckgränsen.

Bestämning av draghållfasthet med dragtester

Dragstyrkan (_Rm) bestäms med dragtester. Ett dragtest är ett standardiserat förfarande genom vilket ett materialprov sträcks i längsgående riktning tills det slits. Under testet mäts kraften och längdförändringen (= förlängningen) av materialprovet. Draghållfastheten beräknas från den maximala dragkraften som uppnås och tvärsnittsarean av materialprovet. Draghållfastheten anges i N/mm².

R_m = \frac{F }{A}

Beräkna draghållfasthet och sträckgräns för stålskruvar

Som redan nämnts är skruvar märkta med en styrkeklass. Denna styrkeklass ger information om deras draghållfasthet, dvs. dragkraften som en skruv tål. En skruvs draghållfasthet kan därför enkelt beräknas baserat på hållfasthetsklassen och skruvens tvärsnittsarea.

För att bestämma draghållfastheten för stålskruvar multipliceras det första numret av hållfasthetsspecifikationen med en faktor på 100. I följande exempel skulle följande beräkning resultera:

R_m = 10 \times 100 N/mm^2 = 1000 N/mm^2

För att beräkna sträckgräns eller sträckgräns (R_p-0.2) för stålskruvar multipliceras först båda siffrorna i hållfasthetsspecifikationen, följt av multiplicering med en faktor på 10. Utifrån ovan nämnda exempel (10.9) erhålls följande beräkning:

R{_p}{_-}{_0}{_,}{_2} = 10 \times 9 \times 10 N/mm^2 = 900 N/mm^2

Beräkna draghållfasthet och sträckgräns för skruvar av rostfritt stål

För skruvar av rostfritt stål skiljer sig hållfastheten åt genom att skruvar av rostfritt stål är märkta med en bokstavskombination (t.ex. A4-80). Benämningen till vänster om bindestrecket avser den rostfria ståltypen på skruven som används. I följande exempel anger beteckningen A4 att skruven av rostfritt stål är tillverkad av austenitiskt rostfritt stål (V4A-stål). För att bestämma draghållfastheten multipliceras värdet till höger om bindestrecket (80) med en faktor på 10:

R_m = 80 \times 10 N/mm^2 = 800 N/mm^2

Förlängningsgränsen för skruvar av rostfritt stål bestäms ofta inte tydligt i dragtestet. Av denna anledning används den expansionsgräns på 0,2 % som fastställts i dragtestet för rostfritt stål. Detta beror på råmaterialet och tillhandahålls av tillverkaren eller måste refereras från en standard. DIN EN ISO 3506-1 innehåller information om den förlängningsgräns som fastställts för A1 till A5 tillsammans med styrkeklasserna 50-80 och de definierade diameterintervallen.

Omvandling från MPa till N/mm^2

Draghållfasthet och skjuvhållfasthet kan specificeras i olika enheter, nämligen i Megapascal (MPa) och Newton per kvadratmillimeter (N/mm^2). Båda enheterna är dock likvärdiga, eftersom 1 MPa motsvarar 1 N/mm². Megapascal är en del av det internationella systemet för enheter (SI) och används därför i stor utsträckning inom många tekniska och vetenskapliga områden. Newton per kvadratmillimeter bygger mer på äldre konventioner och är fortfarande utbredd inom maskinteknik i synnerhet. I många tekniska tillämpningar, särskilt i styrketeori, mäts krafter i Newton (N) och ytområden i kvadratmillimeter (mm²). Därför är enheten N/mm² ett naturligt val för beräkning av draghållfasthet och skjuvhållfasthet.

Vår produktlinje i MISUMI:s onlinebutik

Skruvar är grundläggande komponenter inom maskinteknik och anpassad maskinkonstruktion. MISUMI levererar ett omfattande sortiment av skruvar med olika styrkeklasser och tillverkade av olika material. MISUMI erbjuder även ytterligare tillbehör beroende på skruvanslutningskraven, såsom brickor, muttrar, fästen eller gänglåsningar.

Element för säkring av axiallager

I många industriella och mekaniska tillämpningar utgör kullager kritiska komponenter som ger låg friktion, reproducerbar rörelse mellan rörliga delar eller axlar. Beroende på installationsplats och funktion måste dessa kullager tillåta olika frihetsgrader och vara säkert fixerade. Förutom många andra alternativ används låselement som låsringar eller slitsmuttrar eller axelmuttrar för att säkra maskindelar som rullningslager, bultar eller axlar mot axiell förskjutning.

Lager Sammanfogning

9 minuter att läsa

Grunder för val av pneumatiska cylindrar

Pneumatiska cylindrar är viktiga komponenter i pneumatiska system som genererar mekaniska rörelser med tryckluft. De används i en mängd olika applikationer, till exempel inom tillverkningsindustrin, i anläggningskonstruktion eller i anpassad maskinkonstruktion.

Pneumatik Grundläggande kunskap

8 minuter att läsa

Skillnader mellan kullager och glidlager – vilken typ av lager är rätt för dig?

Kullager och glidlager är två grundläggande typer av lager som används i en mängd olika mekaniska system inom maskinteknik. Lagrens huvuduppgift är att möjliggöra definierade rörelser av komponenter och därmed minska friktionen så mycket som möjligt. Även om båda typerna av lager har ett gemensamt mål finns det grundläggande skillnader i design, funktionalitet och tillämpning. Den här bloggartikeln beskriver de viktigaste skillnaderna mellan kullager och glidlager.

Lager Grundläggande kunskap