new 59 (2)

7. Zasady obliczeń wytrzymałościowych śrub

7.1. Obciążenia działające na śrubę

Optymalnym stanem obciążenia śruby ze względu na jej nośność jest czyste statyczne rozciąganie. Taki przypadek obciążenia występuje jednak wyjątkowo rzadko. Najczęściej śruby podlegają jednoczesnemu działaniu różnego rodzaju obciążeń. Zdecydowana większość śrub złącznych — dla zabezpieczenia przed zluzowaniem, czy też dla zapewnienia szczelności połączenia — jest silnie dokręcana. Powoduje to powstanie obciążeń skręcających. Szczególnie duże obciążenia skręcające powstają przy dokręcaniu gwintów ciasno pasowanych. Skręcane są także śruby we wszel-, kiego rodzaju połączeniach ruchowych. W połączeniach ruchowych śruby są równocześnie rozciągane lub ściskane. Długie śruby ściskane mogą utracić stateczność, w związku z czym liczy się je na wyboczenie. Nie-osiowe rozciąganie lub ściskanie śrub powoduje powstanie obciążeń zginających. Przy obciążeniu siłami poprzecznymi zachodzi ścinanie śrub.

7.2. Obliczenia śrub przenoszących obciążenie rozciągające

Przykłady śrub, które są tylko rozciągane siłą Q przedstawiono na rys. 7.1.

o)

b)

Rys. 7.1. Śruba przenosząca czyste obciążenie rozciągające

żonego zwoju gwintu. Rzadziej zniszczenie zachodzi w przekroju wyjścia gwintu (w -— 20°/₀) lub pod łbem śruby (w ~ 15%). Wyjątkowo rzadko występują przypadki zerwania w innych przekrojach, czy też zniszczenie złącza w inny sposób niż przez zerwanie śruby.

Na podstawie licznych doświadczeń stwierdza się, że śruby najczęściej (w ~65%) ulegają zerwaniu w przekroju pierwszego, najbardziej obcią

Dlatego też warunek wytrzymałości na rozciąganie określa się dla rdzenia śruby

gdzie Q jest obciążeniem osiowym w N, k_r — naprężeniem dopuszczalnym przy rozciąganiu w MPa, d₃ — średnicą rdzenia śruby w mm.

Z przekształcenia wzoru (7.1) otrzymuje się wymaganą średnicę rdzenia śruby d₃ w mm

(7.2)

Wartości naprężeń dopuszczalnych określa się zależnie od rodzaju obciążenia złącza. W przypadku obciążeń statycznych wyznacza się je jako funkcje granicy plastyczności materiału śruby

(7.3)

gdzie X_e jest współczynnikiem bezpieczeństwa.

Przyjmuje się X_e = 1,3-1-2 dla stali węglowych oraz X_e = 1,8-1-2,5 dla stali stopowych. Mniejsze wartości X_e dotyczą gwintów walcowanych, przy małych wymiarach śrub złącznych w połączeniach mniej odpowiedzialnych, a większe wartości X_e odnoszą się do śrub o dużych wymiarach z gwintem nacinanym.

Rys. 7.2. Rozkład naprężeń w przekroju poprzecznym śruby: 1 — w zakresie odkształceń sprężystych, 2 ■— w zakresie odkształceń sprężysto-plastycznych

Rozkład rzeczywistych naprężeń osiowych a_r w przekroju poprzecznym śruby jest nierównomierny (rys. 7.2). Spiętrzenie naprężeń jest tym większe im głębszy i ostrżejszy jest karb gwintu. Największe naprężenia