Rejzek Lukáš

Výpočet šroubových spojů

Diplomová práce

V běžných spojích jsou šrouby uloženy v dírách s vůlí. Při konstrukci je snaha navrhnout spoje tak, aby byl šroub namáhán na tah v ose popř. na tlak. Šrouby přenášející sílu kolmo k ose jsou namáhány na střih a proto musí být uloženy v díře s přesahem. Zatěžující síla může být stálá nebo proměnlivá.

 

Šrouby zatížené osovou silou

Při zjišťování stavu musíme rozlišit, zda jsou šrouby utahovány ve stavu nezatíženém, nebo zatíženém (např. napínací šrouby). V případě, že je šroubový spoj ve stavu nezatíženém, tak v ose šroubu působí síla F_A, šroub je namáhán prostým tahem.

Navrhneme šroub pomocí průřezu jádra A_s (tzv. nebezpečného průřezu) z rovnice pevnosti v tahu:

A_s       - je průřez jádra (mm²)

F_A       - zatěžující síla (N)

σ_tD      - dovolené napětí v tahu (MPa)

 

Průřez jádra As bývá uveden v tabulkách u příslušného závitu. Šrouby jsou normalizované, takže k vypočtenému průřezu jádra vyhledáme nejbližší vyšší normalizovaný průřez jádra a tomu pak vyhledáme podle tabulek odpovídající velký průměr závitu.

Dovolené napětí ve šroubu  σ_tD volíme podle materiálu. Pro klidná zatížení u šroubů z oceli 11373 bývá σ_tD = 100 MPa, pro oceli 11500 je σ_tD = 120 MPa. Při proměnlivém zatížení se dovolené napětí snižuje. Také  musíme brát v úvahu výrobu šroubu. Při výrobě mohou vzniknout v jádře trhlinky, které jsou příčinami poruch šroubu.  Z těchto důvodů se u  šroubů v hrubém a středním provedení snižuje dovolené napětí na 80%. U jemných šroubů při stejně velkém průměru závitu je větší průřez jádra, proto mají i větší únosnost.

 

 

Šrouby namáhané silou kolmo k jejich ose

U spojů s vůlí by mohla síla působící kolmo k ose šroubu způsobit posunutí spojených součástí    (obr. 17a,b). Šroub se může naklonit a je namáhán v ohybu. Vzniklé napětí v ohybu  je několikanásobně větší než napětí v tahu. Proto se zabýváme možnostmi jak tomuto jevu předcházet.

 

obr. 17

 

Je-li zatěžující síla klidná, můžeme ji přenášet třecí silou ve styčných plochách mezi spojovanými součástmi. Tření zvýšíme dostatečným utažením šroubu tak, že v něm vyvodíme přepětí a šroub opět počítáme na tah s určitou mírou bezpečnosti k (k>2), tj. poměr třecí síly ve stykové ploše a zatěžující síly:

 

F_A       - osová síla ve šroubu (N)

F_Z       - zatěžující síla (N)

f        - součinitel smykového tření ve stykových plochách

           Závisí na jejich drsnosti, bývá f=0,1 až 0,25.

 

Proměnlivou sílu lze zachytit odlehčovacími vložkami (obr. 18), nebo lícovaným šroubem do díry (obr. 17c), který je namáhán smykem.

 

                                                Obr. 18. Zachycení síly odlehčovací vložkou - kolík, pero (vlevo).

                                 Drážkováním ve styčné ploše (vpravo).

 

Při použití lícovaných šroubů se provádí kontrola na smyk - smykové napětí:

 

τ_SD      - dovolené smykové napětí - najdete v tabulkách (MPa)