A nyírószilárdságok és szakítószilárdságok kiszámítása csavaroknál
A nyírószilárdság és a szakítószilárdság a csavarok kiválasztásának és használatának két fontos paramétere. A csavarok az alkatrészek súrlódó zárként történő csatlakoztatására és a mechanikai terheléseknek való ellenállásra szolgálnak. Annak biztosítása érdekében, hogy a csavarok megfeleljenek az adott alkalmazásban előírt szilárdsági követelményeknek, fontos tudni, hogy mi az a nyíró- és szakítószilárdság, és hogyan számítjuk ki őket.
A csavarok szilárdsága
A csavarok kiválasztása során számos különböző tényező játszik szerepet. A szubsztrátum vastagságán és szilárdságán kívül egyéb fontos tényezőket is figyelembe kell venni, mint például a csavar anyagát és átmérőjét, a várható terhelést stb. Mindezen tényezők befolyásolják a csavar szilárdságát. Az alkalmazott csavar szilárdsága nagy jelentőséggel bír. Arra vonatkozik, hogy a csavarok ellenállnak-e a nyíró- és szakítóerőknek. A szilárdságot jelöléssel vagy besorolási rendszerekkel határozzák meg, amelyek a használt szabványrendszertől és a nemzeti szabványoktól függően változhatnak. A csavar szilárdsági osztálya információt nyújt a szakítószilárdságról és a folyáshatárról. Az acélcsavarok eltérő jelöléssel rendelkeznek, mint a rozsdamentes acélból készültek. Az acélcsavarokat két szám jelöli (például 10,9), a rozsdamentes acélcsavarokat pedig betűk és számok (például A4-80).
A csavarok nyírószilárdsága
Nyírás akkor következik be, ha egymáshoz képest eltolt erőpárok hatnak a csavarra. Ez olyan nyíróerőket eredményez, amelyek a csavar megnyúlásához, torzulásához vagy elhajlásához vezethetnek. A csavarok bizonyos mértékű nyírószilárdságot igényelnek ezen nyíróerők ellensúlyozásához. Ez a nyírószilárdság jelzi, hogy egy csavar milyen terhelésnek lehet kitéve anélkül, hogy elengedne vagy tönkremenne. Egyidejűleg változó nagyságú és irányú nyíróerők hathatnak a csavarra.
- A menet elnyíródása: Ezt a típusú nyírást a menet levágásának is nevezik, és axiális terhelés okozza, amelyet főként az előterhelési erő okoz a csavar meghúzásakor.
- A csavartengely keresztterhelés okozta nyírása
- A csavartengely olyan nyírása, amelyet a csavartengely körüli forgási vagy torziós nyomaték okoz
A nyírószilárdság kiszámítása.
Általában különböző módszerekkel tesztelhető az anyagok nyírószilárdsága. Általában szabványosított mérési módszereket alkalmaznak, melyeket nyírási teszteknek is neveznek. A nyírási tesztek során az anyagmintát folyamatosan növekvő nyíróerőnek teszik ki. A minta nyírása közben mért erő az a maximális nyíróerő Fm, amelyből levezethető a nyírószilárdság.
A gyakorlatban azonban az anyagoknál nem merítik ki teljesen a maximális terhelési határértéket, hanem mindig figyelembe vesznek egy adott biztonsági sávot. Ez a biztonsági sáv biztosítja, hogy a megengedett nyíró igénybevétel (Tnévleges) jelentősen alacsonyabb legyen, mint a tényleges nyírószilárdság (TB). A névleges nyíró igénybevétel meghatározása az úgynevezett biztonsági tényező (v) segítségével történik:
A névleges nyíróerőt (Fnévleges) ezután ennek a névleges nyíró igénybevételnek a segítségével lehet meghatározni (Tnévleges). A számítás úgy történik, hogy a megengedett nyíróerőt megszorozzák a nyírási felülettel (S):
Hangsúlyozni kell azonban, hogy a gyakorlatban előnyben részesítendő a csavaros csatlakozás kialakítása úgy, hogy a csavarra csak szakítóerő, nyíróerő pedig nem hat, hogy a nyírási terhelések miatti esetleges meghibásodás megelőzhető legyen.
A csavarok szakítószilárdsága és folyási szilárdsága
A nyírószilárdsághoz hasonlóan a szakítószilárdság is egy erő (F) és egy terület (A) arányát kifejező igénybevétel, ahol az erő egy szakítóerő (a csavartengelyhez képest hosszanti irányú).
A csavarok szakítószilárdsága azt jelzi, hogy a csavar anyaga mennyire tehető ki szakító igénybevételnek. Azt a maximális szakító igénybevételt jelzi, amelyet az anyag a keresztmetszeti területe négyzetmillimétereinként elvisel.
A csavarok erősségi specifikációja nem csak a szakítószilárdságról, hanem a folyási szilárdságról is információt nyújt. A folyási szilárdság azt az igénybevételt jelzi, amelynél az anyag áttér a rugalmasról a plasztikus deformációra. Azaz más szóval: Az anyag maximális terhelhetősége az anyag állandó deformálódása előtt. Ha az anyag a megnyúlás után nem tér vissza az eredeti formájába, akkor a folyási szilárdságot túllépte.
A szakítószilárdság meghatározása szakítószilárdsági tesztekkel
A szakítószilárdság (Rm) meghatározása szakítószilárdsági tesztekkel történik. A szakítószilárdsági teszt egy szabványosított eljárás, amelynek során az anyagmintát hosszanti irányban addig nyújtják, amíg el nem szakad. A teszt során mérik az erőt és anyagminta hosszváltozását (= megnyúlását). A szakítószilárdság kiszámítása az elért maximális szakítóerő és az anyagminta keresztmetszeti területe alapján történik. A szakítószilárdság N/mm2-ben van megadva.
Az acélcsavarok szakítószilárdságának és folyási szilárdságának kiszámítása
Mint már említettük, a csavarokon fel van tüntetve a szilárdsági osztály. Ez a szilárdsági osztály információt nyújt a szakítószilárdságukról, azaz arról, hogy a csavar mekkora szakítóerőt képes elviselni. A csavar szakítószilárdsága ily módon könnyen kiszámítható a csavar szilárdsági osztálya és keresztmetszeti területe alapján.
Az acélcsavarok szakítószilárdságának meghatározásához a szilárdsági specifikáció első számát meg kell szorozni 100-zal. A következő példában a számítás eredménye:
Az acélcsavarok folyási szilárdságának vagy megnyúlási határának (Rp-0,2) kiszámításához először a szilárdsági specifikáció mindkét számát összeszorozzuk, majd megszorozzuk 10-zel. A fenti példa alapján (10.9) a következő számítást végezzük el:
A rozsdamentes acélcsavarok szakítószilárdságának és folyási szilárdságának kiszámítása
A rozsdamentes acél csavarok esetében a szilárdság specifikációja annyiban eltér, hogy a rozsdamentes acélból készült csavarok betű-szám kombinációval vannak megjelölve (pl. A4-80). A kötőjeltől balra lévő rész a használt csavar rozsdamentes acél típusára utal. A következő példában az A4 jelölés jelzi, hogy a rozsdamentes acél csavar ausztenites rozsdamentes acélból (V4A acél) készült. A szakítószilárdság meghatározásához a kötőjel jobb oldalán lévő értéket (80) meg kell szorozni 10-zel:
A rozsdamentes acél csavarok megnyúlási határát a szakítószilárdsági teszt gyakran nem határozza meg egyértelműen. Ezért a szakítószilárdsági tesztben meghatározott 0,2%-os tágulási határértéket használják a rozsdamentes acélhoz. Ez a nyersanyagtól függ, és a gyártó adja meg, vagy egy szabványból kell kinézni. A DIN EN ISO 3506-1 tartalmazza az A1–A5-höz meghatározott megnyúlási határra vonatkozó információkat az 50–80-as szilárdsági osztályokkal és a meghatározott átmérő-tartományokkal összefüggésben.
MPa-ról N/mm^2-re váltás
A szakítószilárdság és a nyírószilárdság különböző egységekben adható meg, nevezetesen Megapascal (MPa) és Newton per négyzetmilliméter (N/mm2) mértékegységben. Azonban mindkét egység egyenértékű, mivel az 1 MPa 1 N/mm 2-nek felel meg. A Megapascal a nemzetközi mértékegység-rendszer (SI) része, ezért széles körben használják számos műszaki és tudományos területen. A Newton per négyzetmilliméter inkább a régebbi konvenciókon alapul, és még mindig széles körben elterjedt a gépészet területén. Számos műszaki alkalmazásnál, különösen az erőelméletnél az erőket Newtonban (N), a felületek területeit pedig négyzetmilliméterben (mm 2) mérik. Ezért az N/mm2 mértékegység természetes választás a szakítószilárdság és a nyírószilárdság kiszámításához.
Termékcsaládunk a MISUMI online üzletben
A csavarok a gépészet és az egyedi gépépítés alapvető elemei. A MISUMI különböző erősségű és különböző anyagokból készült csavarok széles választékát kínálja. A MISUMI a csavaros csatlakozási követelményektől függően további tartozékokat is kínál, például alátéteket, anyákat, konzolokat és menetes záróelemeket.
