Połączenia śrubowe

Połączenia śrubowe

prof. dr hab. inż. Aleksander

Lisowski

Rodzaje połączeń

Rodzaje połączeń

rozłącznych

rozłącznych

•

ŚRUBOWE

ŚRUBOWE

•

KLINOWE

KLINOWE

•

WPUSTOWE

WPUSTOWE

•

KOŁKOWE

KOŁKOWE

•

WIELOWYPUSTOWE

WIELOWYPUSTOWE

•

SWORZNIOWE

SWORZNIOWE

•

SPRĘŻYSTE

SPRĘŻYSTE

•

RUROWE

RUROWE

Połączenia śrubowe

Połączenia śrubowe

Teoretyczny zarys gwintu powstaje przez owinięcie równi
pochyłej wokół walca lub stożka:

- gwint walcowy

- gwint stożkowy

Kąt
pochylenia
linii
śrubowej:

h - skok linii
śrubowej

D

h

tg







Powierzchnię
śrubową uzyskuje się
przez przesunięcie
wzdłuż linii śrubowej
odpowiedniego
zarysu, który jest
nazwą gwintu:

trójkątn
y

płaski
(prostokątny)

trapezowy
symetryczny

trapezowy
asymetryczny

okrągły

Skok linii śrubowej jest
to odległość dwóch
sąsiednich punktów linii
śrubowej leżących na
wspólnej tworzącej.

Główne wymiary połączenia

Główne wymiary połączenia

gwintowanego

gwintowanego

D, d

- średnica gwintu śruby i

nakrętki

d

3

- średnica rdzenia śruby

D, D

1

- średnica otworu nakrętki

d

p

, D

p

- średnica podziałowa

gwintu
α - kąt zarysu gwintu
t

g

, H - głębokość gwintu

h

- skok gwintu

h



Średnica podziałowa gwintu jest najczęściej równa średnicy
roboczej gwintu, odpowiadającej środkowi pracującej części
zarysów:

d =0,5(d+D )

s

1

=

D

1

d

s.

- średnica robocza gwintu

Dla określenia gwintu podaje się średnicę (

d, D

) i skok (

h

). Skok

gwintu może być różny dla danej średnicy.

Gwint:

-

metryczny, kąt zarysu  = 60°

- calowy (Withortha), (UNC, UNF), kąt zarysu 55°
- trapezowe i prostokątnie (także okrągłe) - gwinty robocze

Układ sił w połączeniu gwintowym

Układ sił w połączeniu gwintowym

przy

przy

podnoszeniu

podnoszeniu

Q

Q

- siła ciężkości

- siła ciężkości

H

H

- siła przesuwająca

- siła przesuwająca

N

N

- reakcja normalna (bez tarcia, dla gwintu

- reakcja normalna (bez tarcia, dla gwintu

płaskiego)

płaskiego)

N

N

1

1

- reakcja normalna (bez tarcia dla gwintu

- reakcja normalna (bez tarcia dla gwintu

trójkątnego

trójkątnego

lub trapezowego)

lub trapezowego)

R

R

- rzeczywista reakcja, uwzględniająca tarcie

- rzeczywista reakcja, uwzględniająca tarcie

H Q





tg(

)

 

- dla gwintu

- dla gwintu

płaskiego

płaskiego

- dla pozostałych

- dla pozostałych

H Q

Q









tg

arctg

tg(

1

(

cos

)

)







 

2

ρ

ρ

- kąt tarcia

- kąt tarcia

ρ

ρ

1

1

- pozorny kąt tarcia

- pozorny kąt tarcia

μ

μ

- współczynnik tarcia między śrubą i

- współczynnik tarcia między śrubą i

nakrętką

nakrętką

przy

przy

opuszczaniu

opuszczaniu

Moment oporowy

Moment oporowy

Moment obracania śruby

M

d Q

s

s





05

1

,

(

)

tg

 

Moment na powierzchni
oporowej

M

d Q

d

m

m

05

,



d

m

- średnica powierzchni oporowej śruby lub nakrętki stykającej

się z częścią nieruchomą,
μ

m

- współczynnik tarcia występujący na powierzchni oporowej

Moment
całkowity

d

s

M

M

M





Sprawność połączenia
gwintowego





 









L

L

praca
praca

uzyskana

wlozona

u

w

tg

tg(

)

1

Obliczenia wytrzymałościowe łączników

Obliczenia wytrzymałościowe łączników

gwintowanych

gwintowanych

1. Sprawdzenie zwoju gwintu - nie liczy się dla układów

1. Sprawdzenie zwoju gwintu - nie liczy się dla układów

znormalizowanych

znormalizowanych

2. Sprawdzenie wytrzymałości rdzenia śruby

2. Sprawdzenie wytrzymałości rdzenia śruby

Nacisk

Nacisk

powierzchniowy

powierzchniowy

p

P

F

P

d

D i

p

o

z

o

dop









4

2

1

2



(

)

P

P

o

o

- obliczeniowa siła obciążająca gwint

- obliczeniowa siła obciążająca gwint

F

F

z

z

- powierzchnia zwoju gwintu

- powierzchnia zwoju gwintu

i

i

- liczba współpracujących zwojów w śrubie i

- liczba współpracujących zwojów w śrubie i

nakrętce,

nakrętce,

zależy od wysokości nakrętki:

zależy od wysokości nakrętki:

H -

H -

wysokość nakrętki,

wysokość nakrętki,

z, h

z, h

- wielokrotność gwintu i jego skok

- wielokrotność gwintu i jego skok

i

Hz

h



H

P h

d

D zp

o

dop





4

2

1

2



(

)

Wysokość nieznormalizowanej

Wysokość nieznormalizowanej

nakrętki

nakrętki

Znormalizowana wysokość

Znormalizowana wysokość

nakrętki

nakrętki

H

H

norm

norm

=

=

0,8d

0,8d

P - wypadkowa siła, obciążająca

P - wypadkowa siła, obciążająca

gwint na zginanie, P

gwint na zginanie, P

r

r

-

-

promieniowa siła, obciążająca

promieniowa siła, obciążająca

gwint na ściskanie, r - ramię

gwint na ściskanie, r - ramię

momentu gnącego, h

momentu gnącego, h

o

o

-

-

wysokość podstawy gwintu

wysokość podstawy gwintu

narażonej na obciążenie

narażonej na obciążenie

złożone, F

złożone, F

o

o

- powierzchnia

- powierzchnia

obciążona,

obciążona,





- kąt rozwarcia

- kąt rozwarcia

gwintu

gwintu

4 przypadki obciążenia rdzenia śruby

4 przypadki obciążenia rdzenia śruby

1. Połączenie skręcane bez nacisku
wstępnego a następnie obciążane siłą
poosiową P

o

(rozciąganie lub ściskanie)





r

o

r

o

r

P

F

P

d

k







4

3

2





r

o

r

P

d

k





4

3

2

2. Połączenie obciążone w chwili skręcania
napięciem wstępnym a następnie jeszcze
bardziej obciążane siłą roboczą, a więc
naprężenia od:

-
rozciągania

M

d P

s

s o





05

1

,

(

)

tg

 

- skręcenia





s

s

s

s

M

W

M

d





3

3

16

Jeżeli obniżona będzie wartość
dopuszczalnych naprężeń k

r

, to ten

przypadek obciążenia połączenia może być
liczony tak samo jak

1





r

o

r

P

d

k





4

085

3

2

,

Połączenia śrubowe

Połączenia śrubowe

3. Połączenie skręcane pod obciążeniem
zewnętrznym

d

P

wk

r

o

r





115

05

,

,

Bez momentu skręcającego, ale średnicę rdzenia
śruby
(w

cm

) powiększa się dla warunku na rozrywanie

w - współczynnik dokładności
gwintu
1 - starannie wykonanego,
0,5 - zgrubnego

4. Połączenie, w którym śruby
przenoszą obciążenie prostopadłe
do osi P

o

P

T P i k F i

o

r r

 







T - sumaryczna siła tarcia
P - siła docisku śrub przy ich dociąganiu,
uwarunkowana wytrzymałością rdzenia na
rozciąganie
i - liczba powierzchni, na której występuje tarcie

p

P

dg

p

o

dop











P

F

k

o

t

b) śruby

pasowane

sprawdza

się na:

ścinanie

nacisk



g

g

o

g

M

W

P g

g

d

k











(

)

,

2

8 01

1

3

a) pojedyncze śruby osadzone

luźno

, sprawdza

się na:

zginanie

g, g

1

- grubość

elementów
łączonych

g

1

g

1

g

Przykład obliczeniowy połączenia

Przykład obliczeniowy połączenia

śrubowego

śrubowego

Obl:

Obl:

d

d

- średnica śruby

- średnica śruby

l

l

- długość klucza

- długość klucza

- rozciąganie + skręcanie

- rozciąganie + skręcanie

r

o

r

k

,

d

P

85

0

4

2

3









Dane:

Dane: P

P

o

o

= 15000 N - wymagana siła

= 15000 N - wymagana siła

dociskająca złącze

dociskająca złącze

St3 - materiał śruby i nakrętki,

St3 - materiał śruby i nakrętki,





= 0,1

= 0,1

MPa

x

Q

k

Q

r

r

120

2

240







mm

,

,

d

7

13

120

85

0

15000

4

3















M16,

M16,

d

d

= 16 mm

= 16 mm

h

h

= 2 mm, d

= 2 mm, d

p.

p.

= 14,701 mm, D

= 14,701 mm, D

1

1

=

=

13,835 mm

13,835 mm

- moment tarcia na

- moment tarcia na

gwincie

gwincie































2

5

0

cos

arctg

tg

P

d

,

M

o

s

s





1

5

0

D

d

,

d

s





p

d

h

arctg













































2

5

0

5

0

1

cos

arctg

d

h

arctg

tg

P

D

d

,

,

M

p

o

s





mm

N

cos

,

arctg

,

arctg

tg

,

,

M

s

































17853

2

60

1

0

701

14

2

15000

835

13

16

25

0

- moment tarcia nakrętki o powierzchnię podkładki

- moment tarcia nakrętki o powierzchnię podkładki

Przykład obliczeniowy połączenia

Przykład obliczeniowy połączenia

śrubowego

śrubowego

d

d

o

o

= 16,5 mm - średnica otworu w podkładce

= 16,5 mm - średnica otworu w podkładce

S

S

= 24 mm - średnica odpowiadająca rozwartości

= 24 mm - średnica odpowiadająca rozwartości

klucza

klucza





m

o

o

m

o

m

d

P

d

S

,

,

P

d

,

M













5

0

5

0

5

0





mm

N

,

,

,

M

d











15187

1

0

15000

5

16

24

25

0

- moment tarcia

- moment tarcia

całkowity

całkowity

mm

N

M

M

M

d

s













33040

15187

17853

P

P

r

r





200

200

N

N

- siła ręki przyłożona do klucza

- siła ręki przyłożona do klucza

- długość klucza

- długość klucza

mm

N

mm

N

P

M

l

r

165

200

33040







