Jak vypočítat zatížení šroubu?

Design šroubu s okem je závitová tyč s prstencovou hlavou:

Standardní specifikace šroubu s okem regulované:
— GOST 4751-73 v Rusku,
— DIN 580:2018-04 v Německu a částech Evropské unie;
— a mezinárodní norma ISO 3266:2010.
Domácí standard GOST 4751 upravuje vlastnosti šroubů s okem vyrobených pouze z „obyčejné“ uhlíkové oceli třídy 20 nebo 25.

Společnost BEST-Fixtures nabízí šrouby s okem ART 580 vyrobené z korozivzdorných ocelí A2 a A4 v souladu s GOST ISO 3506, jehož mechanické vlastnosti odpovídají DIN 580.
Tato německá norma specifikuje návrhové zatížení šroubů s okem v závislosti na vzoru zatížení a průměru jeho závitu:

Platí pouze uvedené hodnoty podle požadavků DIN 580:

V části 8. Nosnost:
— šroub s okem musí být instalován do celé hloubky závitu;
— šrouby s okem musí být rozmístěny na zvedací ploše s ohledem na zajištění rovnoměrného zatížení každého uchopovacího bodu;
— vyloučit možnost deformace nákladu z předpětí, která má vliv na bezpečnost práce;
— hloubka slepých (neprůchozích) otvorů musí splňovat požadavky DIN 76-1 na vzdálenost mezi posledním úplným závitem a montážní plochou.

V příloze A (pro referenci):
— při montáži šroubů s okem do průchozích otvorů na opačné straně materiálu nezapomeňte použít normální matici (m>0.8d), která musí být pevně našroubována na závit šroubu s okem v celé jeho výšce m. Kromě toho se doporučuje použít podložku, pokud je závit šroubu dostatečně dlouhý;
— nosnost uvedená ve druhém a třetím řádku tabulky 4 normy DIN 580 platí pro úhel sklonu ne větší než 45° v rovině prstence.
Nakládání šroubů s okem šikmo k rovině kroužku je zakázáno!

— před montáží musí být šrouby s okem zkontrolovány na zjevné vady: poškození, korozi a deformace;
— šrouby s okem s deformacemi by neměly být znovu použity.

Potvrzení skutečné nosnosti šroubů s okem prováděné prostřednictvím laboratorních testů pro každou zasílanou šarži produktů. Pro tyto účely se inženýři BEST-Fixture obracejí na naše partnery – akreditované laboratoře. Podstatou takových zkoušek je působení vícesměrných sil podél osy šroubu s okem.
Tímto způsobem je natažen až do úplného zničení:

Výsledky zkoušek jsou porovnány se standardními hodnotami pro minimální mez pevnosti podle DIN 580:

Na základě výsledků testů je poskytován certifikát kvality* udávající nosnost šroubu s okem s odkazem na protokol o laboratorním testu.
* certifikát kvality není povinným průvodním dokladem pro dodávku spojovacího materiálu a výrobků takeláže, ale slouží jako dobrovolná podmínka pro technický servis společnosti BEST-Fixtures a je poskytován po dohodě s klientem;
Podmínky poskytování kvalitních pasů jsou podrobně popsány zde.

Inženýři naší společnosti poskytují zákazníkům technickou podporu, včetně komunikace se specializovanými laboratořemi, zkušebními centry a vědeckými ústavy .

Stále máte otázky?

Zeptejte se našeho technického specialisty, odpovíme vám do 1-2 pracovních dnů!

I přes poněkud pomalou reakci čtenářů na druhý díl materiálu jsem se rozhodl celou sérii dotáhnout do konce. Když už to řekl A, řekněme i B, naštěstí nezbývá nic jiného: spočítat šrouby, kterými budeme rám lisu sestavovat na hromadu.

Než něco spočítáme, rozhodneme se o typu spojovacích prvků a designu rámu lisu – co přesně a jak přesně jej smontujeme? Od začátku jsme se dohodli, že vše uděláme dělnicko-rolnickým způsobem: v nejlepším případě navrtáme rámové díly na školní vrtačce a pro železářství si zajdeme do nejbližšího železářství. Ve formalizované podobě to znamená, že všechny naše spoje budou šroubovány s mezerou a fixace dílů proti posunutí bude zajištěna pouze a výhradně třecí silou ve spoji.

Otevíráme druhý díl našeho milovaného Anurieva na straně 805, vidíme následující obrázek:

Níže si můžeme přečíst, že výpočet se provádí pomocí následujícího vzorce:
Q = P/f = (pi*dl^1*br)/2;
kde:
Q je axiální síla potřebná k zabránění posunutí součástí (kgf);
P je síla, která pohybuje součástmi vůči sobě (kgf);
f – koeficient tření;
d1 je průměr závitu šroubu;
br – přípustná tahová napětí pro materiál šroubu;

Zdá se, že všechny proměnné jsou již známé a popsané více než jednou v prvních dvou dílech? Nebudu se opakovat, je lepší se zaměřit na specifika praktického designu.

Za prvé, při výpočtu spojovacích prvků byste měli vždy počítat s vnějšími vlivy – v našem případě zvýšíme smykovou sílu o 30%. To je dostačující pro zajištění spolehlivosti.

Za druhé, pokud otázka úspory hmotnosti není na prvním místě, měli byste vždy zvolit ty nejnevhodnější hodnoty koeficientů, které ovlivňují konečný výsledek. V našem případě se jedná o koeficient tření, který se může měnit v obrovských mezích podle toho, jak jsou protilehlé plochy zpracovány a čím jsou potaženy.

Myslíme si, že jsme jeleni a při montáži chytili spoj mastnýma rukama – koeficient tření nastavíme na 0.15. A to i přesto, že pokud vše posbíráte čistýma rukama, odmastíte a očistíte od vodního kamene i štětcem, snadno dosáhnete koeficientu tření 0.3. A když to obrousíme, bude to celé 0.5. Ale to všechno je zodpovědnost, kultura výroby, kontrola montáže a jsme na JZD. Je princip jasný?

Další je materiál šroubu. Teoreticky může důvtipný čtenář zvolat – vezmeme Art 3, podíváme se na desku v Anuriev, vezmeme napětí odtud, všechno je jako v předchozí kapitole!
V zásadě má pravdu, ale v reálném životě to nedělají. V reálu kupujeme spojovací materiál a jen bůh ví, z čeho vlastně jsou. Ale každý šroub má vždy na hlavě vyražena nějaká čísla, jako jsou tato:

co to znamená? Jedná se o označení tzv. pevnostní třídy, nyní se jí budeme zabývat.
Nás zajímají dvě čísla oddělená tečkou, např. jako na obrázku – 5,8. První číslo je tedy 1/100 pevnosti v tahu materiálu daného šroubu, vyjádřené v MPa. Druhé číslo je poměr meze kluzu k pevnosti v tahu vynásobený 10.

Zajímá nás mez kluzu – právě toto napětí nám ukazuje, jak velkou axiální silou lze na šroub působit, než „vyplave“.

Ve vztahu k našemu šroubu třídy pevnosti 5.8:
5*100=500 MPa – pevnost v tahu;
8*5*10=400 MPa – mez kluzu;

Zde bychom se měli pozastavit nad specifiky používání šroubů. Samozřejmě je lákavé ušetřit peníze a zatížit šroub v plném rozsahu – na mez kluzu. Ve skutečnosti se to někdy dělá, například hlava válců je často připevněna k bloku tak, že je dosaženo meze kluzu spojovacího prvku. Takové rozhodnutí je však spojeno s nejpřísnějším dodržováním technologie utahování šroubů – je nutné kontrolovat utahovací moment, aby nedošlo k zaspání okamžiku, kdy šroub začne „plavat“. A jsme u JZD, kde jsme nikdy neslyšeli ani o momentovém klíči se stupnicí (klikací klíč není dobrý!), každý tahá vidlicovým klíčem s metrovou trubkou. .. Co bychom měli dělat?

Pro takový případ je zavedena rezerva pro nekontrolované utahování spojovacích prvků. Na relativně běžné bolty a průměrnou ruku strýčka Vasyi se rezerva obvykle bere v rozmezí 2-4.

Teprve nyní, když to všechno víte a vezmete v úvahu, můžete začít odvozovat hlavní počáteční údaje pro výpočet.

Začněme smykovou silou. Obecně platí, že správný způsob, jak to udělat, je určit reakci podpor, vzorce pro výpočet jsou uvedeny na štítku s již známými diagramy zatížení. V našem případě bude v každém rohu sloupku působit polovina síly vyvinuté zvedákem. Protože každý roh se skládá ze dvou spojů, každý spoj představuje 1/4 síly vyvinuté zvedákem.

Vzhledem k tomu, že jsme se rozhodli přidat 30 % za spolehlivost, bude v číslech vše vypadat takto:
P = (5000 x 1,3)/4 = 1625 kgf;

Koeficient tření byl stanoven dříve:
f = 0.15;

Vezměme pevnost v tahu těla šroubu s rezervou 2.65:
bt = 400/2,65 = 150 MPa;

Nyní máme vše, co potřebujeme k výpočtu minimálního průměru dříku šroubu, který vydrží požadované zatížení a utažení i tím nejbláznivějším strýčkem Vasyou. Řešíme úplně první vzorec kolem průměru, dostaneme:

dl = SQR(1*P/f*pi*bt);
d1 = SQR(4*1625/0,15*3,14*150*10,197);
dl = 1 cm;

Opakuji, toto není průměr šroubu, je to průměr nejtenčího bodu standardního šroubu! V našem případě se jedná o průměr dna závitových dutin. Otevíráme první svazek Anurieva na straně 582, vidíme znamení:

Podívejme se, který šroub nám vyhovuje podle průměru dna závitu – M36, to je paráda!

Nyní je výpočet šroubů se všemi možnými rezervami a zajištěním hotový a můžeme s jistotou říci, že pokud vezmeme šrouby M36 hlavní třídy rozteče a pevnosti 5.8, pak se naše konstrukce zaručeně nerozpadne a nelze ji při montáži zlomit, ne jako dát Vasyovi metr knoflíkem, ale ani se strýčkem Koljou a půl litrem stejně neuspějí :)

Mezitím chci čtenáře upozornit na skutečnost, že pokud si vezmete spojovací prvky třídy 8.8, které jsou k dispozici ve velkém v každém obchodě, budete potřebovat šrouby M27, které jsou mnohem menší a levnější než mohutné M36.
No, pak – zamyslete se sami, rozhodněte se sami, zda to mít nebo nemít! (S)

To je vše, výpočet lisu je zcela dokončen, můžete si koupit materiál a řezat, vařit, řezat s plnou důvěrou, že nikoho nic nezabije. Jak vidíte, síla materiálů ve vztahu k garážovým řemeslům není vůbec obtížná!