11. Klasyfikacja przypadków obciążenia śrub. (4)
Śruba jest zakręcona, a następnie obciążana siłą osiową (np. wisząca lampa). Wtedy śruba jest rozciągana (ściskana).
Śruba zakręcana pod obciążeniem (np. auto na podnośniku). Śruba jest wtedy narażona na ściskanie (rozciąganie) i na skręcanie.
Złącze śrubowe skręcane z napięciem wstępnym (siłą osiową) i następnie obciążone siłą roboczą (np. śruba szpilkowa w silniku spalinowym lub połączenie kołnierzowe 2 rur).
Połączenie śrubowe narażone na działanie sił poprzecznych.
12. Obliczanie średnicy rdzenia śruby dla:
- 1 przypadku (śruba jest zakręcona, a następnie obciążana siłą osiową)
dr - średnica rdzenia śruby,
Q - siła działająca na śrubę,
w - współczynnik jakości wykonania złącza (zawsze w<1)
w=0,5÷1 (0,5 - dla niepewnych złączeń; 1 - dla pewnych złączeń),
kr - naprężenie dopuszczalne na rozciąganie.
- 2 przypadku (Śruba zakręcana pod obciążeniem)
dr - średnica rdzenia śruby,
Q - siła działająca na śrubę,
w - współczynnik jakości wykonania złącza (zawsze w<1)
w=0,5÷1 (0,5 - dla niepewnych złączeń; 1 - dla pewnych złączeń),
kr - naprężenie dopuszczalne na rozciąganie.
- 3 przypadku (Złącze śrubowe skręcane z napięciem wstępnym)
dr - średnica rdzenia śruby,
Qśr - siła napięcia w każdej śrubie,
w - współczynnik jakości wykonania złącza (zawsze w<1)
w=0,5÷1 (0,5 - dla niepewnych złączeń; 1 - dla pewnych złączeń),
kr - naprężenie dopuszczalne na rozciąganie.
4 przypadku (obciążenie poprzeczne)
Tutaj obciążenie działa prostopadle do osi śruby.
(śruba pasowana w otworach obciążona poprzecznie)
Muszą tu być spełnione 2 warunki:
warunek wytrzymałości rdzenia śruby na ścinanie:
τ - naprężenia styczne,
QT - siła powodująca ścinanie (obciążenie poprzeczne),
d - średnica rdzenia śruby,
m - liczba powierzchni ścinanych,
i - liczba śrub,
kt - naprężenie dopuszczalne na ścinanie,
kt=0,42⋅Re - dla naprężeń statycznych,
kt=0,3⋅Re - dla naprężeń pulsujących,
kt=0,16⋅Re - dla naprężeń wahadłowo zmiennych,
Re - granica plastyczności.
warunek nacisków powierzchniowych p
pdop=2,2⋅kt
p - nacisk powierzchniowy,
QT - siła powodująca ścinanie (obciążenie poprzeczne),
g⋅d - rzut powierzchni walcowej (śruby) na płaszczyznę,
i - liczba śrub,
pdop - dopuszczalne naciski powierzchniowe,
kt - naprężenie dopuszczalne na ścinanie,
(śruba luźna w otworach obciążona poprzecznie)
Wielkość luzu jest znormalizowana.
Nie należy projektować połączeń śrubowych, by były narażone na zginanie.
dr - średnica rdzenia śruby,
QT - siła powodująca ścinanie (obciążenie poprzeczne),
m - liczba powierzchni ścinanych,
kr - naprężenie dopuszczalne na rozciąganie.
i - liczba śrub,
μ - współczynnik tarcia.
W śrubie występują więc tylko naprężenia rozciągające, pod warunkiem QT≤m⋅T , czyli jeśli spełnione jest, że obciążenie poprzeczne mniejsze lub równe od siły tarcia.
T - siła tarcia.
13. Narysuj przykładową charakterystykę odkształceniową złącza śrubowego kołnierzowego. Wyznaczyć na wykresie, obciążenia i odkształcenia śruby i kołnierza pod wpływem obciążenia roboczego.
Charakterystyka odkształcenia od obciążenia śruby i kołnierza.
λw - względne wydłużenie śruby,
ΔW - odkształcenie kołnierza.
Cśr - sztywność śruby,
Ck - sztywność kołnierza.
F - przekrój śruby (lub kołnierza),
E - moduł Younga dla materiału śruby (lub kołnierza),
l - długość śruby (lub kołnierza).
Wykres obciążenia i odkształcenia śruby i kołnierza pod wpływem obciążenia roboczego.
Qr=ΔQśr+ΔQkol
Qw - siła napięcia wstępnego,
Qr - siła robocza (obciążenie robocze),
ΔQśr - przyrost siły w śrubie,
ΔQkol - przyrost siły w kołnierzu,
Q1 - siła rozciągająca śrubę,
Q2 - siła ściskająca kołnierz,
λw - względne wydłużenie śruby,
ΔW - odkształcenie kołnierza.
14. Wyznaczyć na podstawie znanej charakterystyki odkształceniowej złącza, pulsację śrub i kołnierzy pod wpływem wahadłowo zmiennego obciążenia zewnętrznego.
15. Na wykresie przedstawiającym charakterystykę złącza objaśnić szczelność połączenia kołnierzowego.
Qw - siła napięcia wstępnego,
Qr - siła robocza (obciążenie robocze),
Qrmax - siła robocza maksymalna,
Q1 - siła rozciągająca śrubę,
Q2 - siła ściskająca kołnierz,
Nie jest dopuszczalne, aby siła ściskająca kołnierza (Q2) była równa 0. Przyjmuje się, aby minimalna wartość siły Q2 wynosiła:
Q2=0,2⋅Qw
Jest to warunek szczelności złącza.