Výpočet šroubového spoje pro porušení. Mechanické vlastnosti šroubů

Výpočet šroubového spoje pro porušení. Mechanické vlastnosti šroubů

30.08.2019

Pevnost v tahu udává hodnotu napětí, při které může šroub selhat. Zlomení může nastat ve dříku nebo závitu šroubu, ale ne pod hlavou. Pro stanovení pevnosti v tahu při porušení se provádí tahová zkouška celého šroubu nebo opracované tyče. Hodnoty pevnosti v tahu pro nerezové šrouby A1-A5 jsou vždy testovány přes celý šroub (DIN ISO 3506). Hodnotu pevnosti v tahu lze přesně určit pouze testováním dříku šroubu, testováním celého šroubu lze získat pouze přibližnou hodnotu, s výjimkou nerezových šroubů. Z praktických důvodů se však často provádí testování celé vrtule.

Mez kluzu v tahu Re (N/mm 2)

Podmíněná mez kluzu v tahu udává, při jaké hodnotě napětí zůstává pevnost v tahu konstantní nebo se snižuje navzdory nárůstu prodloužení. Jinými slovy, mez kluzu nastává, když existuje přechod mezi oblastí elastické a plastické deformace kovu. Mez kluzu lze také přesně určit pouze testováním hřídele šroubu.

Dříve byla pevnost v tahu prakticky jediným základem pro klasifikaci oceli podle pevnosti. Podmíněná mez kluzu v tahu začíná stále více vytlačovat mez kluzu, protože většina ostatních kritérií pro pevnost oceli (pevnost při tečení, únavová pevnost, rázová pevnost, tvrdost atd.) lépe koreluje s podmíněnou mezí kluzu v tahu než s mezí kluzu. pevnost v tahu při natažení.

Graf vztahu mezi napětím a prodloužením pro šrouby pevnostní třídy 4.6.


0,2% mez prodloužení R p0,2 (N/mm2)

Tato hodnota se používá pro silné šrouby, jako je pevnostní třída 10,9, které při zatížení vykazují spojitý smyk mezi elastickou a plastickou deformací. Pevnost v tahu může být obtížné určit, protože neexistuje jasná hranice plasticity. V tomto případě se používá tzv. 0,2% hranice, kdy konstantní protažení je 0,25.

Korelační graf mezi tahem a prodloužením pro šrouby pevnostní třídy 10.9.


Prodloužení při přetržení A 5 (%)

Prodloužení při přetržení je důležitá vlastnost deformace materiálu pod tahem a viskozita materiálu. Prodloužení při přetržení ukazuje prodloužení testované tyče v procentech:
A 5 \u003d (L U -L O) / L O × 100 %, kde
L O - daná efektivní délka LO=5×d 0
L U - efektivní délka po natažení
d 0 - průměr tyče zkoušeného obrobku (šroub před zkouškou tahem)

Tvrdost a její zkoušení

Tvrdost je obvykle definována jako schopnost materiálu odolat průniku testovaným předmětem při specifikovaném zatížení. K měření tvrdosti se používají následující tři metody:

Brinell HB ( ISO 6506) jako zkušební předmět se používá ocelové jádro, měří se průměr otisku. Vickers HV ( ISO 6507) tupý konec jehlanu se používá jako testovací objekt, měří se úhlopříčka otisku. Rockwell ( ISO 6508) Tvrdost HRB pro měkké materiály měřeno hloubkou vtisku jádra, tvrdost HRC u tvrdých materiálů se měří hloubkou vtisku pyramidového hrotu.

Mechanické vlastnostišrouby a svorníky z uhlíkové oceli při +20°C (pokud není uvedeno jinak)
Charakteristický Třída síly
5.6 8.8 10.9
≤M16>M16
Pevnost v tahu Rm (N/mm2) nominální hodnota 500 800 800 1000
minimální 500 800 830 1040
Mez kluzu v tahu Re (N/mm2) nominální hodnota 300 -- -- --
minimální 300 -- -- --
0,2% mez prodloužení Rp0,2 (N/mm2) nominální hodnota -- 640 640 900
minimální -- 640 660 940
Mez kluzu Re nebo 0,2% mez prodloužení Rp0,2 při vysoké teplotě +100 °C 270 590 590 875
+200 °C 230 540 540 790
+250 °C 215 510 510 745
+300 °C 195 480 480 705
Prodloužení při přetržení A5 (%) minimální 20 12 12 9
Tvrdost podle Vickerse F≤98N (HV) min…max 155…200 250…320 255…335 320…380
Max. hodnota hlavy 250 -- -- --
Tvrdost podle Brinella F=30D 2 (HB) min…max 147…209 238…304 242…318 304…301
Max. hodnota hlavy 238 -- -- --
Tvrdost podle Rockwella HR HRB min…max 79…95 -- -- --
Max. hodnota hlavy 99,5 -- -- --
HRC min…max -- 22…32 23…34 32…39
Rázová síla KV (J) minimální 25 30 30 20

Klasifikace surovin používaných při výrobě spojovacího materiálu.

Uhlíková vlákna Běžně používaná surovina, výkonnostní charakteristiky které se ve šroubových výrobcích výrazně liší od ostatních. Výjimkou je odolnost proti nárazu nízké teploty, pod -50°C a odolné vůči vysoká teplota nad +300 °C. Mechanické vlastnosti ISO 898. Nerezová ocel Často používaná surovina, jejíž vlastnosti v hotových šroubových výrobcích se velmi liší, jako je odolnost proti korozi, teplotní odolnost, svařitelnost, magnetizace, kalitelnost. Mechanické vlastnosti ISO 3506. Neželezné kovy, hliník, měď Kódy surovin, pevnostní charakteristiky, zkušební metody a výsledky a charakteristiky jsou uvedeny v normě ISO 8839 / EN 28839. Jiné materiály jako mosaz a titan Žádné normy. V některých případech lze doporučit použití mechanických charakteristik v souladu s normami pro ocelové šrouby. Plasty Žádné normy.

uhlíková ocel (ISO 898)

Standard ISO 898 je sedmidílný standard pokrývající metrické šrouby, šrouby, kolíky a matice s hrubými a jemnými závity až do M39.

šrouby

Formát označení třídy vlastnosti je A.B, kde:
A - setina pevnosti v tahu (R m =100×A);
B je poměr podmíněné meze kluzu a pevnosti v tahu vynásobený deseti (R e =10×A×B).

Například pro šrouby pevnostní třídy 8.8: R m =800 MPa, R e =640 MPa.

ořechy

Ve standardu SFS-EN 20 298-2 Jsou definovány matice se standardními závity.

Ve standardu SFS-EN 298-6 jsou definovány matice s častým závitem.

Kód třídy vlastnosti je celé číslo, které označuje třídu vlastnosti šroubu, na který lze matici našroubovat (první číslo třídy vlastností šroubu). Pro nízké matice se používají pevnostní třídy 04 a 05.

podložky

Na rozdíl od šroubů, šroubů a matic se koncept třídy vlastností nevztahuje na podložky. Hlavní pevnostní charakteristikou podložek je jejich tvrdost, měřená metodou Vickers (pro ploché podložky), Rockwell (pružinové podložky, Grover podložky, podložky pro vysokopevnostní šroubové spoje), Brinell (bronzové podložky). Specifické hodnoty tvrdosti jsou regulovány GOST "s pro odpovídající podložky.

Vlastnosti nerezových ocelí jsou popsány v

Spolehlivost konstrukce závisí především na kvalitě spojovacích prvků. Po vyrobení jsou šrouby podrobeny některým testům, které umožňují zjistit kvalitu a popř povolená zatížení na zapínání.

Tahová zkouška se provádí na tahových zkušebních strojích. Zkušební vzorek se oboustranně upne dělenými vložkami a postupně se natahuje stále větší silou. Při dosažení určité napínací síly se vzorek zlomí. Síla potřebná k rozlomení šroubu se nazývá vylamovací hmotnost. Po zkoušce tahem se vzorek zkoumá na tažnost, která určuje úroveň tažnosti kovu.

Smyková zkouška se provádí vložením šroubu speciální zařízení, který se skládá ze zástrčky a kotouče (vloženého do zástrčky). Poté se kotouč odstraní, čímž se na šroub vytvoří smyková síla. Oblast řezu je dvojnásobkem plochy řezu, protože řez probíhá současně ve dvou rovinách. Takový test se nazývá dvouosý test. Existuje také test pro jednu osu: šroub je umístěn ve dvou matricích, které jimi prochází, které se pohybují různými směry. V tomto případě bude rovina řezu rovna rovině řezu.

Průměr šroubu

stoupání závitu

Destruktivní smyková síla podél jedné roviny, (kg)

Tažná síla při přetržení, (kg)

Ocel 30HGSA

Ocel 30HGSA

01.08.13

Pevnost oceli a spojovacího materiálu

Upevňovací prvky pro strojírenství mohou mít různý účel a vykonávat různé úkoly - od jednoduchého vytvoření strukturální integrity až po vnímání hlavního zatížení nosné síly na konstrukci. Čím větší je zatížení spojovacího prvku, tím vyšší musí mít pevnost.

V závislosti na účelu a oblasti použití jsou spojovací prvky vyrobeny z různých pevnostních tříd, resp různé značky oceli. Není třeba používat vysokopevnostní šrouby pro upevnění, řekněme, hledí na kiosku a naopak - je zcela nepřijatelné používat šrouby běžné, nízké pevnostní třídy v kritických konstrukcích věžových nebo portálových jeřábů - zde se používají pouze vysokopevnostní - odtud lidový název pro takové šrouby "". Touha ušetřit peníze a použít obyčejné šrouby - levnější, nebo "jeřábové šrouby", ale vyrobené z nízkopevnostních ocelí, vede k velkolepým zprávám v televizi s padajícím jeřábem v centru pozornosti.

Pro různé druhy spojovací prvky (šrouby, šrouby, matice, svorníky) používají různé oceli, různé třídy pevnosti a jejich různá označení.

Uvažujme popořadě.

Šrouby, šrouby a svorníky

Šrouby, šrouby a svorníky jsou vyrobeny z různých uhlíkových ocelí - různé oceli odpovídají různým třídám pevnosti. I když je někdy možné vyrobit šrouby různých tříd pevnosti ze stejné oceli, různé způsoby opracování obrobku nebo dodatečné tepelné zpracování - kalení.

Například z oceli 35 mohou být vyrobeny šrouby několika pevnostních tříd: pevnostní třída 5,6 - pokud jsou šrouby vyrobeny soustružením na soustruhu a frézce: třídy 6,6 a 6,8 - získané výrobou šroubů objemovým ražením na hlavičce; a třída 8.8 - pokud jsou šrouby získané uvedenými metodami podrobeny tepelnému zpracování - kalení.

Třída pevnosti pro šrouby, šrouby a svorníky z uhlíkové oceli je označena dvěma číslicemi oddělenými tečkou. Schválený rozsah pevnosti pro šrouby, šrouby a svorníky z uhlíkové oceli obsahuje 11 tříd pevnosti:

3.6; 4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8; 8.8; 9.8; 10.9; 12.9

První číslice označení třídy pevnosti šroubu udává 0,01 dílu nominální pevnosti v tahu – to je pevnost v tahu – měřená v MPa (megapascalech) nebo N / mm² (newtonech na čtvereční milimetr). Také první číslice označení třídy pevnosti udává ≈0,1 dílu nominální pevnosti v tahu, pokud měříte pevnost v tahu v kgf / mm² (kilogram síly na milimetr čtvereční).

Příklad: Čep třídy pevnosti 5.8: Určete pevnost v tahu

5/0,01=500 MPa (nebo 500 N/mm²; nebo ≈50 kgf/mm²)

Druhá číslice udává 0,1 dílu poměru meze kluzu (napětí, při kterém již začíná plastická deformace) k jmenovité dočasné odolnosti (pevnosti v tahu) - tedy pro svorník pevnostní třídy 10,9 druhé číslo znamená, že svorník patřící do této třídy bude minimální mez kluzu rovna 90 % hodnoty pevnosti v tahu, to znamená, že se bude rovnat: (10 / 0,01) × (9 × 0,1) \u003d 1000 × 0,9 \u003d 900 MPa (nebo N / mm²; nebo ≈90 kgf/mm²)

Příklad: Čep pevnostní třídy 5.8: Určete mez kluzu

500x0,8=400 MPa (nebo 400 N/mm²; nebo ≈40 kgf/mm²)

Hodnota meze kluzu je maximální dovolené pracovní zatížení šroubu, šroubu nebo svorníku, při jehož překročení dochází k nevratné deformaci. Při výpočtu zatížení šroubů, šroubů nebo svorníků použijte 1/2 nebo 1/3 meze kluzu, to znamená s dvojnásobnou nebo trojnásobnou bezpečnostní rezervou.

Třídy pevnosti a třídy oceli pro šrouby, šrouby a svorníky

Třída síly třídy oceli Mez pevnosti, MPa Mez výtěžnosti, MPa Tvrdost podle Brinella, HB
3.6 St3kp, St3sp, St5kp, St5sp 300…330 180…190 90…238
4.6 St5kp, St.10 400 240 114…238
4.8 čl. 10, čl. 10kp 400…420 320…340 124…238
5.6 čl. 35 500 300 147…238
5.8 500…520 400…420 152…238
6.6 čl. 35, čl. 45 600 360 181…238
6.8 čl. 20, čl. 20kp, čl. 35 600 480 181…238
8.8 Art.35, Art.45, Art.35X, Art.38XA, Art.20G2R 800* 640* 238…304*
8.8 Art.35, Art.35X, Art.38XA, Art.40X, Art.20G2R 800…830** 640…660** 242…318**
9.8* Art.35, Art.35X, Art.45, Art.38XA, Art.40X, Art.30XGSA, Art.35XGSA, Art.20G2R 900 720 276…342
10.9 Art.35X, Art.38XA, S.45, Art.45G, Art.40G2, Art.40X, Art.40X Select, Art.30HGSA, Art.35HGSA, 1000…1040 900…940 304…361
12.9 Art.30HGSA, Art.35HGSA, Art.40HNMA 1200…1220 1080…110 366…414

Tabulka ukazuje nejběžnější a doporučené třídy oceli v železářství, ale v různých speciálních případech se používají i jiné oceli, pokud je jejich použití diktováno dodatečnými požadavky na spojovací prvky.

Ikony označené v tabulce:

* platí pro jmenovité průměry do 16 mm.

** Platí pro jmenovité průměry větší než 16 mm.

Existují speciální normy pro vysokopevnostní šrouby pro úzké průmyslové aplikace, které mají vlastní pevnostní gradaci. Například normy pro vysokopevnostní šrouby se zvýšenou velikostí na klíč používané při stavbě mostů - takzvané "": a ruský standard.

Pevnost šroubů podle těchto norem je udávána hodnotou dočasné pevnosti v tahu (mezi pevnosti) v kgf/cm²: to znamená, 110, 95, 75 atd.

Tyto šrouby jsou k dispozici ve dvou verzích:

Závit šroubu Třída sílyšrouby třídy oceli Mez pevnosti, MPa(kgf/cm²) Se týká prodloužení, % Rázová houževnatost šroubů provedení ХЛ, MJ/m² (kgf· m/cm²) Max. Tvrdost podle Brinella, HB
M16...M27 110 40X Vyberte 1100 (110)…1350 (135) minimálně 8 minimálně 0,5 (5)
M30 95 950 (95)...1150 (115) 363
M36 75 750 (75)...950 (95)
M42 65 650 (65)...850 (85)
M48 60 600 (60)...800 (80)

Při výrobě vysokopevnostních šroubů podle těchto norem se také používají oceli 30Kh3MF, 30Kh2AF a 30Kh2NMFA. Použití takových ocelí umožňuje dosáhnout ještě vyšší pevnosti.

Pevnostní značení šroubů, šroubů, svorníků

Metrický systém značení upevňovacích prvků navržený inženýry ISO(International Standard Organization – International Standards Organization). Sovětské, ruské a ukrajinské normy jsou založeny na tomto systému.

Šrouby a šrouby s průměrem závitu větším než 6 mm podléhají značení. Šrouby a šrouby s průměrem menším než 6 mm není nutné označovat – výrobce může označení aplikovat z vlastní iniciativy.

Je třeba poznamenat, že mezi šrouby jsou označeny pouze šrouby s drážkou pro imbusový klíč, s různé podobě hlavy: , a . Šrouby se všemi typy hlavy, s křížem nebo drážkou, nejsou označeny označením pevnostní třídy.

Dále je třeba upozornit, že šrouby a šrouby vyrobené řezáním, soustružením (tedy ne ražením) se neoznačují - v tomto případě je možné označení pevnostní třídy dle dodatečný požadavek Zákazník.

Značky se aplikují na konec nebo boční povrch šroubu nebo hlavy šroubu. Pokud jsou na boční povrch hlavy, musí být do hloubky. Je povoleno označovat konvexními znaky, přičemž zvýšení výšky šroubu nebo hlavy šroubu by nemělo překročit:

  • 0,1 mm - pro výrobky s průměrem závitu do 8 mm;
  • 0,2 mm - pro výrobky s průměrem závitu od 8 mm do 12 mm;
  • 0,3 mm - pro výrobky s průměrem závitu nad 12 mm


Šrouby a šrouby s šestihrannou a hvězdicovou hlavou (včetně výrobků s přírubou) jsou označeny ochrannou známkou výrobce a označením pevnostní třídy. Toto označení se aplikuje na temeno hlavy vyvýšenými nebo zapuštěnými znaky; může být také aplikován na stranu hlavy v zapuštěných znacích. Pokud během výrobního procesu není možné označit na horní části hlavy, je označení aplikováno na přírubu.

Stud značení

Svorníky jsou označeny čísly pevnostní třídy pouze s průměrem závitu větším než 12 mm. Protože je obtížné označovat malé průměry čepů pomocí digitálních razítek, je povoleno označovat takové čepy průměry závitu M8, M9, M10, M11 pomocí alternativních značek znázorněných na obrázku. Značky jsou umístěny na konci maticového konce čepu.


Svorníky jsou označeny značkou se zapuštěnými značkami a označením třídy pevnosti s ochrannou známkou výrobce na bezzávitové části svorníku. Svorníky pevnostních tříd 5.6, 8.8 a vyšší podléhají značení.

ořechy

Třída pevnosti pro matice vyrobené z uhlíkových ocelí a označuje se jedním číslem. Schválený rozsah pevnosti obsahuje sedm tříd pevnosti:

4; 5; 6; 8; 9; 10; 12

Toto číslo udává 1/100 pevnosti v tahu šroubu, se kterým musí být matice spárována v párech. závitové připojení. Tato kombinace šroubu a matice se nazývá doporučená a umožňuje rovnoměrně rozložit zatížení v závitovém spojení.


Například matice třídy pevnosti 8 musí být kombinována se šroubem, jehož pevnost v tahu není menší než:

8 x 100 = 800 MPa (nebo 800 N/mm²; nebo ≈80 kgf/mm²)

Proto lze použít šrouby pevnostní třídy 8.8; 9,8; 10,9; 12,9 - optimální bude pár se šroubem pevnostní třídy 8,8.

Třídy pevnosti a třídy oceli pro a

Třída síly třídy oceli Mez pevnosti, MPa Tvrdost podle Brinella, HB
4 St3kp, St3sp, St.5, St.5kp, St.20 510 112…288
5 Art.10, Art.10kp, Art.20, Art.20kp 520…630 124…288
6 Art.10, Art.10kp, Art.20, Art.20kp, Art.35, Art.45, Art.40X 600…720 138…288
8 Art.35, Art.45, Art.20G2R, Art.40X 800…920 162…288
9 Art.35X, Art.38XA, Art.45, Art.40X 1040…1060 180…288
10 Art.35X, Art.38XA, Art.45, Art.40X, Art.30HGSA, Art.40HNMA 900…920 260…335
12 Art.30HGSA, Art.40HNMA 1150…1200 280…335

Základním pravidlem pro spárování matic se šrouby je zachování celistvosti závitů matice navlečené na šroubu při působení zkušebního zatížení – jednoduše řečeno, matice se nesmí během zkušebního zatížení pro vybraný šroub „zlomit“ ze zkušebního zatížení. testování.

Při výběru pevnostních tříd lícujících šroubů a matic v závitovém spoji můžete použít následující tabulku podle GOST 1759.4-87:

Třída pevnosti matice

Odpovídající šrouby

Třída síly

Průměr závitu

4.6; 4.8; 5.6; 5.8; 6.6; 6.8

z M16 na M48

Ořechy vyšších pevnostních tříd mohou zpravidla nahradit matice nižších pevnostních tříd. Tato výměna se doporučuje u spojů šroub + matice, kde bude napětí vyšší než mez kluzu nebo namáhání šroubu.

Třídy pevnosti a třídy oceli pro

Ikony označené v tabulce:

* pro jmenovité průměry do 16 mm.
** pro jmenovité průměry nad 16 mm.

Společně s vysokopevnostními šrouby pro úzké průmyslové aplikace, které mají vlastní pevnostní gradaci, se používají odpovídající vysokopevnostní matice. Například s již zmíněným "" podle a se používají ořechy se zvýšenou velikostí na klíč podle norem a.

Pevnost matic podle těchto norem je označena stejnou hodnotou jako u protilehlého šroubu - hodnotou dočasné pevnosti v tahu (mezi pevnosti) v kgf/cm²: 110, 95, 75 atd. Takové matice, stejně jako šrouby, mohou být vyrobeny ve dvou verzích:

  • Provedení U - pro klimatické oblasti s nejnižší možnou teplotou do -40 0 C - písmeno U se v označení neuvádí
  • Verze HL - pro klimatické oblasti s nejnižší možnou teplotou od -40 0 C do -65 0 C - je uvedena v označení na hlavě šroubu za pevnostní třídou
Závit protilehlého šroubu Třída šroubové oceli Třída pevnosti matice Mez pevnosti, MPa(kgf/cm²) Ocelová třída matice Tvrdost podle Brinella, HB
M16...M27 Umění. 40X Vyberte 110 1100 (110) Umění. 35, čl. 40, čl. 45, čl. 35X, Art.40X
M30 95 950 (95) 229...341
M36 75 750 (75)
M42 65 650 (65)
M48 60 600 (60)

Při výrobě vysokopevnostních matic podle těchto norem se také používají oceli 30Kh3MF, 30Kh2AF a 30Kh2NMFA spolu se šrouby z odpovídajících ocelí. Použití takových ocelí umožňuje dosáhnout ještě vyšší pevnosti matic.

Označení šestihrannou maticí

Označte matice s průměrem závitu větším než 6 mm. Značkovací značky jsou aplikovány na jednu z koncových ploch. Matice nejnižší pevnostní třídy 4 nejsou označeny.

V některých technicky odůvodněných případech je povoleno označení na boční plochy (čela) matice.


Známky musí být hluboké.



Je povoleno označovat matice podle číselníku. Takový systém se používá hlavně na malých oříšcích, kdy na digitální nápisy prostě není místo. Pomocí této metody se používá označení:

  • zapuštěné značky na koncové ploše - tečka na 12. hodině a rizika po obvodu boční plochy
  • konvexní nebo zapuštěné značky na zkosení - tečka na 12. hodině a rizika po obvodu šikmé plochy zkosení

Shoda označení s třídou pevnosti matice je znázorněna na obrázku:


Tečka 12 hodin může být nahrazena ochrannou známkou výrobce. U ořechů třídy pevnosti 12 musí být tečka nahrazena ochranná známka výrobce, aby se zabránilo vizuálnímu prolnutí s 12hodinovou značkou.

Pevnost podložky

Na rozdíl od šroubů a matic, které mají třídy pevnosti kvantifikované čísly na základě pevnosti v tahu a tažnosti, podložky přenášejí zatížení v tlaku, krutu, smyku a jsou určeny hlavně k rozložení zatížení ve šroubovém spoji na velkou plochu. V tomto případě je pro podložky určujícím parametrem povrchová tvrdost a požadavky na tvrdost jsou kladeny na všechny typy podložek. Pokud mluvíme o pevnostní třídě podložek, pak je myšlena tvrdost podložek.

Analogicky se šrouby, šrouby a maticemi mnozí označují tvrdost podložek jako svou pevnostní třídu.
Třídu pevnosti (tvrdosti) podložek lze měřit a označovat v různých jednotkách - v závislosti na způsobu měření tvrdosti: metody měření jsou Vickers, Rockwell a Brinell. Rozměry, dostupnost ochranný nátěr a dovnitř bez chyby tvrdost určit rozsah podložek v různé podmínky práce.
Nejběžnější metoda Vickers - podložky mohou mít tvrdost podle Vickerse 100 jednotek až 400 a jsou označeny HV100, HV200, HV300 atd. Podle Rockwella se označuje tvrdost HRC, podle Brinella HB.



© 2023 globusks.ru - Opravy a údržba automobilů pro začátečníky