3 przypadek obciążenia śrub

Złącze napięte siłą napięcia wstępnego Qw i obciążone dodatkowo siłą roboczą Qp

3 przypadek obciążenia śrub

Zastosowanie takiego połączenia znajdziemy m.in. w:

• Połączeniach śrubowych pokryw zbiorników ciśnienia

• Głowicach silników (szpilki)

• Połączeniach kołnierzowych przewodów rurowych

3 przypadek obciążenia śrub

Zbiorniki sprężonego powietrza oraz połączenia rurowe z widocznymi kołnierzami

3 przypadek obciążenia śrub

Połączenie kołnierzowe na drodze wodoru chłodzącego generatory w elektrowni

3 przypadek obciążenia śrub

Śruby i ściągi łączące głowice z pokrywą łożysk.1 - podkładka; 2 - śruba głowicy cylindra;3 - wkładka stalowa z gwintem; 4 - ściąg; 5- pokrywa łożyska

Śruby mocujące głowice mają do spełnienia dwa zadania. Pierwsze polega na przejęciu sił nacisku gazów na dolną powierzchnię głowicy, a drugie na wywarciu wystarczającego silnego nacisku na uszczelkę głowicową w celu odpowiedniego uszczelnienia cylindra.

Na przykładowym rysunku widać wpuszczane stalowe nakrętki (3), które są zastosowane zamiast otworów gwintowanych, aby uniknąć problemów z wytrzymałością i odkształceniami (zwłaszcza wsilnikach ZS)

3 przypadek obciążenia śrub

Model przykładowy

3 przypadek obciążenia śrub

Zbyt mała wartość napięcia wstępnego może spowodować, że działania obciążenia roboczego spowoduje odkształcenie śrub i utratę szczelności.Zbyt duża wartość napięcia wstępnego może spowodować, że działania obciążenia roboczego nałoży się na obciążenie wstępne i razem mogą doprowadzić do przekroczenia granicy plastyczności materiały śrub i ich wydłużanie sie – w konsekwencji utratę szczelności.

3 przypadek obciążenia śrubOdkształcenie wg prawa Hooka:

Δl – wydłużenie/skrócenieδ – odkształcenie względnel – długość początkowaσr – naprężeniaE – moduł sprężystości (Younga)Qw – siła napięcia wstępnegoFs – pole przekroju rdzenia śruby

3 przypadek obciążenia śrub

Odkształcenie (wydłużenie) śruby

Odkształcenie (skrócenie) kołnierza

3 przypadek obciążenia śrub

Wiedząc, że sztywność to:

3 przypadek obciążenia śrub

3 przypadek obciążenia śrub

Złącze obciążone dodatkową siłą roboczą, pochodzącą od ciśnienia w zbiorniku.

Wartość siły roboczej działającej na złącze, składa się na dwa obciążenia – jedno odciążające kołnierz oraz drugie, dodatkowo obciążające śrubę. Co za tym idzie skrócenie kołnierza pochodzące od siły Qw zmniejsza się, a wydłużenie śruby pochodzące od siły Qw powiększa się.

3 przypadek obciążenia śrub

Aby na powierzchniach łączonych nie wystąpił luz to zacisk resztkowy powinien być większy od 0

3 przypadek obciążenia śrubGdy nieznane są wartości sztywności śruby i kołnierzanajlepiej jest przyjąć początkowo Ck= ∞ oraz Cs>0,zaznaczając na wykresie minimalny zacisk resztkowy wynikający z zachowania szczelności pod obciążeniem i samąwartość obciążenia. Wtedy Qw = Qz + Qp Dalej na kolejnymwykresie przyjąć Ck=0 i Cs>0, zaznaczając na nim wartość obciążenia, aby wyznaczyć maksymalną siłę działającą naśruby w celu obliczenia ich wytrzymałości. Q max = Qp + Qw

3 przypadek obciążenia śrub

Spadek sztywności śruby

3 przypadek obciążenia śrub

Spadek sztywności śruby:

3 przypadek obciążenia śrub

Spadek sztywności kołnierza

3 przypadek obciążenia śrub

Spadek sztywności kołnierza:

3 przypadek obciążenia śrub

Zwiększenie podatności śruby, możemy uzyskać przez zastosowanie mniejszego przekroju poprzecznego – przy zastosowaniu stali o zwiększonej wytrzymałości.

Zmniejszenie podatności kołnierzy, można uzyskać przez zastosowanie sztywnych podkładek o dużej powierzchni oporowej, a zmniejszenie podatności przez zastosowanie elastycznych przekładek lub wybranie materiału wewnątrz złącza.

Idealne rozwiązanie w celu zapewnienia szczelności połączenia to:

Podatna śruba – Sztywny kołnierzIdealne rozwiązanie w przypadkach podanych obciążeniom zmiennym to:

Sztywna śruba – Podatny kołnierz